DE10253944A1

DE10253944A1 - Fuel circulating fuel cell system

Info

Publication number: DE10253944A1
Application number: DE10253944A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Sugawara; Hiroshi Shimanuki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: US7547481B2; JP2003157874A; DE10262331B4; JP3659582B2; US20030096145A1; DE10253944B4

Abstract

Ein Brennstoffzellenstapel 1 in einem Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem wird mit Brennstoff und einem Oxidationsmittel versorgt, um Elektrizität zu erzeugen. Der von dem Brennstoffzellenstapel 1 abgeführte Brennstoff wird durch eine Brennstoffzirkulationspassage 6 dem Brennstoffzellenstapel 1 wieder zugeführt. In der Brennstoffzirkulationspassage 6 ist eine Brennstoffpumpe 3 vorgesehen, die von einer außen liegenden Quelle angetrieben ist, um den Brennstoff durch die Brennstoffzirkulationspassage 6 mit einer vorbestimmten Zirkulationsrate zu zirkulieren. Eine ECU 4 übermittelt einen Ausgabeanweisungswert zu dem Brennstoffzellenstapel 1 und reguliert eine Zirkulationsrate des Brennstoffs in der Brennstoffzirkulationspassage 6 gemäß dem Ausgabeanweisungswert.A fuel cell stack 1 in a fuel-circulating fuel cell system is supplied with fuel and an oxidizing agent in order to generate electricity. The fuel discharged from the fuel cell stack 1 is fed back to the fuel cell stack 1 through a fuel circulation passage 6. In the fuel circulation passage 6, there is provided a fuel pump 3 which is driven by an external source to circulate the fuel through the fuel circulation passage 6 at a predetermined circulation rate. An ECU 4 transmits an output instruction value to the fuel cell stack 1 and regulates a circulation rate of the fuel in the fuel circulation passage 6 according to the output instruction value.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION

Diese Erfindung betrifft Brennstoff-zirkulierende Brennstoffzellensysteme und insbesondere einen Wasserstoffzirkulationsmechanismus in Brennstoffzellensystemen. This invention relates to fuel circulating fuel cell systems and in particular a hydrogen circulation mechanism in Fuel cell systems.

In dem Brennstoffzellensystem sollte mehr Wasserstoff und Luft zugeführt werden, als die Brennstoffzellen verbrauchen, um kondensiertes Wasser in den Brennstoffzellen abzuführen. Wasserstoff wird von einer Speichervorrichtung zugeführt, wie etwa einer in einem Fahrzeug installierten Flasche, und somit wird das Abführen von unbenutztem Wasserstoff in die Luft die Brennstoffeffizienz von Wasserstoff merklich beeinträchtigen. Aus diesem Grund sind Systeme zum Zirkulieren bzw. Rückführen von unbenutztem Wasserstoff unter Verwendung einer Pumpe o. dgl. angestrebt worden. More hydrogen and air should be supplied in the fuel cell system are when the fuel cells consume to condensed water in to dissipate the fuel cells. Hydrogen is from one Storage device, such as a bottle installed in a vehicle, and thus the discharge of unused hydrogen into the air becomes the Noticeably affect the fuel efficiency of hydrogen. For this This is due to systems for circulating or returning unused ones Hydrogen has been aimed at using a pump or the like.

Methoden zum Zirkulieren von unbenutztem Wasserstoff in einer Brennstoffzelle fallen grob in zwei Typen. Methods for circulating unused hydrogen in a Fuel cells fall roughly into two types.

Der erste Typ ist eine Methode, Wasserstoff unter Verwendung einer Brennstoffpumpe zu zirkulieren, worin ein Arbeitsabschnitt, der sich dreht und/oder verschiebt, benutzt wird, um Brennstoffe zu sammeln und zu fördern. Dieser Typ wird nachfolgend als "Brennstoffpumpe verwendender Ansatz" bezeichnet. Jedoch würde diese Methode nachteilhaft eine Brennstoffpumpe großer Abmessung und einen hohen Energieverbrauch zum Antrieb der Brennstoffpumpe erfordern, was die Brennstoffeffizienz eines Brennstoffzellenfahrzeugs senkt. Ein anderes Problem, das dem Brennstoffpumpe verwendenden Ansatz zugeordnet ist, ist, dass der Druck des Wasserstoffs in einem Hochdruckwasserstofftank nicht effektiv genutzt werden könnte. The first type is a method using a hydrogen To circulate fuel pump, which is a working section that rotates and / or moves, is used to collect and add fuel promote. This type is hereinafter referred to as the "fuel pump Approach ". However, this method would disadvantageously Fuel pump of large dimensions and high energy consumption for Driving the fuel pump require what is the fuel efficiency Fuel cell vehicle lowers. Another problem that the Approach associated with fuel pump use is that the pressure of the Hydrogen in a high pressure hydrogen tank is not used effectively could be.

Der zweite Typ ist eine Methode des Zirkulierens von Wasserstoff unter Verwendung eines Ejektors oder einer Art von Strahlpumpe. Dieser Typ wird nachfolgend als "Ejektor verwendender Ansatz" bezeichnet. Diese Methode verwendet Energie, die von einem hohen Druck in dem Hochdruckwasserstofftank erzeugt wird, um Wasserstoff zu zirkulieren, und daher ist kein Energieverbrauch erforderlich. Da jedoch bei dem Ejektor verwendenden Ansatz die Zirkulation von Wasserstoff nicht stattfindet, bis die Brennstoffzellen Wasserstoff verbrauchen, würde die Zirkulationsrate von Wasserstoff nachteilig absinken, wenn die Ausgangsleistung der Brennstoffzellen reduziert wird. Ferner hat der Ejektor eine Düse, die eingesetzt ist, um eine Geschwindigkeit des Wasserstoffs zu erzeugen, was hierdurch eine Verzögerung des Ejektors in Reaktion auf eine abrupt erhöhte Ausgangsleistung der Brennstoffzellen verursachen würde, mit dem Ergebnis, dass die Zirkulationsrate nachteilig einen Sollwert nicht erreichen könnte. The second type is a method of circulating hydrogen under Use an ejector or some kind of jet pump. This guy is hereinafter referred to as the "ejector approach". This Method uses energy from a high pressure in the High pressure hydrogen tank is generated to circulate hydrogen, and therefore no energy consumption is required. However, because of the ejector the hydrogen circulation does not take place until the fuel cells would consume hydrogen, the circulation rate of hydrogen adversely decrease when the output power of the Fuel cells is reduced. Furthermore, the ejector has a nozzle that is used to generate a rate of hydrogen what thereby delaying the ejector in response to an abrupt would cause increased output of the fuel cells with which Result that the circulation rate disadvantageously does not reach a target value could.

Das Problem, dass bei dem Ejektor verwendenden Ansatz auftritt, wird nun im Detail in Bezug auf Fig. 20 beschrieben. Fig. 20 ist ein Blockdiagramm eines üblichen Wasserstoffzirkulationssystems, das nur einen Ejektor als Mittel zum Zirkulieren von Wasserstoff verwendet. The problem that occurs with the approach using the ejector will now be described in detail with reference to FIG. 20. Fig. 20 is a block diagram of a conventional hydrogen circulation system using only one ejector as a means for circulating hydrogen.

In diesem System unterliegt der Wasserstoff, der von einem Hochdruckwasserstofftank 101 zugeführt wird, einer Druckregulierung durch einen Regler 102 und wird dann durch einen Ejektor 103 zu einem Brennstoffzellenstapel 104 ausgeworfen. Der Brennstoffzellenstapel 104 ist mit Überschussmengen von Wasserstoff versorgt worden, um kondensiertes Wasser abzuführen, wie oben beschrieben. Der in dem Brennstoffzellenstapel 104 nicht benutzte Wasserstoff fließt durch eine Wasserstoffzirkulationspassage 106 in den Ejektor 103 und zirkuliert durch das System zusammen mit Wasserstoff, der von dem Hochdruckwasserstofftank 101 zugeführt wird. Das System ist konfiguriert, um den Wasserstoffdruck zu erhöhen, der auf den Brennstoffzellenstapel 104 ausgeübt wird, wenn die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 104 ansteigt. In this system, the hydrogen that is supplied from a high pressure hydrogen tank 101 is subject to pressure regulation by a regulator 102 and is then ejected by an ejector 103 to a fuel cell stack 104 . The fuel cell stack 104 has been supplied with excess amounts of hydrogen to remove condensed water as described above. The hydrogen not used in the fuel cell stack 104 flows through a hydrogen circulation passage 106 into the ejector 103 and circulates through the system together with hydrogen supplied from the high-pressure hydrogen tank 101 . The system is configured to increase the hydrogen pressure that is applied to the fuel cell stack 104 as the output of the fuel cell stack 104 increases.

Wenn in diesem System eine abrupte Beschleunigungsanweisung den Brennstoffzellenstapel 104 ausgegeben wird, wird schnell eine große Wasserstoffmenge in dem Brennstoffzellenstapel 104 verbraucht, und hierdurch sinkt der Wasserstoffdruck in dem Brennstoffzellenstapel 104. Wenn ausreichend Wasserstoff zum Bereitstellen der verbrauchten Menge sofort zugeführt werden könnte, entstünde kein Problem. Jedoch gibt es eine Zeitverzögerung zwischen der Druckabnahme in den Brennstoffzellenstapel 104 und der Abnahme des Drucks, der durch eine Wasserstofffließpassage 107 zu dem Ejektor 103 übertragen wird, und die Reaktion des Ejektors 103 auf die Druckabnahme in dem Brennstoffzellenstapel 104 würde evtl. verzögert werden. Darüber hinaus wird der Wasserstoff durch eine verengte Düse des Ejektors 103 zugeführt, und daher ist eine vorbestimmte Zeitdauer erforderlich, bis die Wasserstoffmenge, die den Brennstoffzellen zugeführt werden muss, erreicht ist. In this system, when an abrupt acceleration instruction is issued to the fuel cell stack 104 , a large amount of hydrogen in the fuel cell stack 104 is quickly consumed, and thereby the hydrogen pressure in the fuel cell stack 104 decreases. If enough hydrogen could be supplied immediately to provide the amount consumed, there would be no problem. However, there is a time lag between the decrease in pressure in the fuel cell stack 104 and the decrease in pressure transmitted to the ejector 103 through a hydrogen flow passage 107 , and the response of the ejector 103 to the decrease in pressure in the fuel cell stack 104 may be delayed. In addition, the hydrogen is supplied through a restricted nozzle of the ejector 103 , and therefore, a predetermined period of time is required until the amount of hydrogen to be supplied to the fuel cells is reached.

Die obige Situation ist in Fig. 21A gezeigt, die eine Wasserstoffmenge darstellt, die dem Brennstoffzellenstapel 104 zugeführt werden muss (mit unterbrochener Linie angegeben), und eine Wasserstoffmenge, die tatsächlich durch den Ejektor 103 zugeführt wird (mit durchgehender Linie angegeben), wenn eine abrupte Beschleunigungsanweisung zu dem Brennstoffzellenstapel 104 übermittelt wird. The above situation is shown in FIG. 21A, which represents an amount of hydrogen to be supplied to the fuel cell stack 104 (indicated by a broken line) and an amount of hydrogen actually supplied by the ejector 103 (indicated by a solid line), if one abrupt acceleration instruction to the fuel cell stack 104 is transmitted.

Wie in Fig. 21A gezeigt nimmt, nachdem eine abrupte Beschleunigungsanweisung vorgesehen wird, die den Brennstoffzellenstapel 104 zuzuführende Wasserstoffmenge schnell zu, wobei aber die Wasserstoffmenge, die durch den Ejektor 103 tatsächlich zugeführt wird, der schnellen Zunahme nicht folgt, was zu einem Wasserstoffmangel führt (oder sogenannte "Hemmung"). Die Hemmung verursacht eine Beschädigung, wie etwa einen Bruch von Elektrolytmembranen der Brennstoffzellen, was im schlimmsten Fall zu einer Zerstörung der Brennstoffzellen führen würde. As shown in FIG. 21A, after an abrupt acceleration instruction is provided, the amount of hydrogen to be supplied to the fuel cell stack 104 increases rapidly, but the amount of hydrogen actually supplied by the ejector 103 does not follow the rapid increase, resulting in a lack of hydrogen ( or so-called "inhibition"). The inhibition causes damage, such as rupture of the electrolyte membranes of the fuel cells, which in the worst case would lead to destruction of the fuel cells.

Wenn ferner eine abrupte Verzögerungsanweisung an den Brennstoffzellenstapel 104 ausgeben wird, sollte das System einen Wasserstoffdruck, der auf den Brennstoffzellenstapel 104 ausgeübt wird, so steuern, dass er auf einen vorbestimmten Pegel reduziert wird. Schließlich wird die Wasserstoffzufuhr von dem Hochdruckwasserstofftank 101 zu dem Brennstoffzellenstapel 104 gestoppt, sodass Wasserstoff in dem Brennstoffzellenstapel 104 verbraucht wird. Jedoch würde der Zufuhrstopp des Wasserstoffs, der in den Ejektor 103 eingeführt hätte werden sollen, es dem Ejektor 103 unmöglich machen, Wasserstoff zu zirkulieren. Wenn Wasserstoff nicht glattgängig zirkuliert wird, würde sich Kondenswasser in den Brennstoffzellenstapel 104 ansammeln, was somit eine Zellenspannung senken würde und schlimmstenfalls zu einer Beschädigung des Brennstoffzellenstapels 104 führen könnte. Further, when an abrupt deceleration instruction is issued to the fuel cell stack 104 , the system should control a hydrogen pressure applied to the fuel cell stack 104 to reduce it to a predetermined level. Finally, the hydrogen supply from the high-pressure hydrogen tank 101 to the fuel cell stack 104 is stopped, so that hydrogen is consumed in the fuel cell stack 104 . However, the supply stop of the hydrogen that should have been introduced into the ejector 103 would make it impossible for the ejector 103 to circulate hydrogen. If hydrogen is not smoothly circulated, condensed water would accumulate in the fuel cell stack 104 , which would lower the cell voltage and, in the worst case, could damage the fuel cell stack 104 .

Die obige Situation ist in Fig. 21B gezeigt, die eine Wasserstoffmenge darstellt, die den Brennstoffzellenstapel 104 zugeführt werden muss (mit unterbrochener Linie angegeben) und eine Wasserstoffmenge, die tatsächlich durch den Ejektor 103 zugeführt wird (mit durchgehender Linie angegeben), unter den Bedingungen, wo eine abrupte Verzögerungsanweisung an den Brennstoffzellenstapel 104 ausgegeben wird. The above situation is shown in Fig. 21B, which represents an amount of hydrogen to be supplied to the fuel cell stack 104 (indicated by a broken line) and an amount of hydrogen actually supplied by the ejector 103 (indicated by a solid line) under the conditions where an abrupt deceleration instruction is issued to the fuel cell stack 104 .

Wenn eine abrupte Verzögerungsanweisung an den Brennstoffzellenstapel 104 ausgegeben wird, benötigt der Brennstoffzellenstapel 104 eine Wasserstoffzirkulierung, wie sie in der unterbrochenen Linie gezeigt ist, wobei aber in Wirklichkeit der Ejektor 103 stoppt und nicht länger in der Lage ist, Wasserstoff zu zirkulieren, und somit Wasserstoff in dem System gehalten wird. Unter diesen Bedingungen kann Kondenswasser, das in dem Brennstoffzellenstapel 104 erzeugt wird, nicht beseitigt werden; demzufolge sammelt sich das Kondenswasser in dem Brennstoffzellenstapel 104 an. When an abrupt deceleration instruction is issued to the fuel cell stack 104 , the fuel cell stack 104 requires hydrogen circulation as shown in the broken line, but in reality the ejector 103 stops and is no longer able to circulate hydrogen, and thus hydrogen is held in the system. Under these conditions, condensed water generated in the fuel cell stack 104 cannot be removed; consequently, the condensed water accumulates in the fuel cell stack 104 .

Darüber hinaus ist, da sich die Bedingungen des Brennstoffzellenstapels 104 fortlaufend ändern, der Betrieb des Wasserstoffzirkulationssystems nachteilig nicht für das System optimierbar, solange nicht das Wasserstoffzirkulationssystem gemäß den veränderten Bedingungen gesteuert wird. In addition, since the conditions of the fuel cell stack 104 change continuously, the operation of the hydrogen circulation system is disadvantageously not optimizable for the system unless the hydrogen circulation system is controlled according to the changed conditions.

Die vorliegende Erfindung wird gemacht, um die oben diskutierten Nachteile zu beseitigen. The present invention is made to those discussed above Eliminate disadvantages.

SUMMARY OF THE INVENTION

Ein Beispiel eines allgemeinen Ziels der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennstoff-zirkulierendes Brennstoffzellensystem anzugeben, das die nachteilige Situation vermeiden kann, wo eine Wasserstoffmenge, die in einem Wasserstoffzirkulationssystem zirkuliert, vorübergehend unter eine Menge fällt, die von dem Brennstoffzellensystem benötigt wird, wenn den Brennstoffzellen eine abrupte Beschleunigungs- oder Verzögerungsanweisung geliefert wird. An example of a general object of the present invention is to provide a Specify fuel-circulating fuel cell system that the can avoid adverse situation where an amount of hydrogen in one Hydrogen circulation system circulates temporarily under a lot falls, which is required by the fuel cell system when the Fuel cells an abrupt acceleration or deceleration instruction is delivered.

Gemäß einem beispielhaften ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoff-zirkulierendes Brennstoffzellensystem angegeben, umfassend: eine Brennstoffzelle, die mit Brennstoff und einem Oxidationsmittel versorgt wird und Elektrizität erzeugt; eine Brennstoffzirkulationspassage, die von der Brennstoffzelle abgeführten Brennstoff wieder der Brennstoffzelle zuführt; eine Brennstoffbeschickungsvorrichtung, die in der Brennstoffzirkulationspassage angeordnet und mit einer Brennstoffpumpe versehen ist (die von einer außen liegenden Quelle angetrieben wird) oder mit einer Brennstoffpumpe und einem Ejektor, um der Brennstoffzirkulationspassage neuen Brennstoff zuzuführen und um den Brennstoff durch die Brennstoffzirkulationspassage mit einer vorbestimmten Zirkulationsrate zu zirkulieren; und ein Brennstoffzellensteuergerät, das einen Ausgabeanweisungswert zu der Brennstoffzelle übermittelt und die Brennstoffbeschickungsvorrichtung gemäß dem Ausgabeanweisungswert steuert/regelt, um die Zirkulationsrate des Brennstoffs in der Brennstoffzirkulationspassage zu regulieren. According to an exemplary first aspect of the present invention specified a fuel circulating fuel cell system, comprising: a fuel cell containing fuel and an oxidizer is supplied and generates electricity; a fuel circulation passage, the fuel discharged from the fuel cell again the Feeds fuel cell; a fuel feeder, which in the Fuel circulation passage arranged and with a fuel pump is provided (which is driven by an external source) or with a fuel pump and an ejector to Fuel circulation passage to supply new fuel and to pass the fuel through the Fuel circulation passage at a predetermined circulation rate circulate; and a fuel cell controller that one Output instruction value transmitted to the fuel cell and the Fuel feeder controls according to the output instruction value the circulation rate of the fuel in the fuel circulation passage regulate.

Bei einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem, das ein Brennstoffzirkulationssystem enthält, das nur einen Ejektor verwendet, besteht die Neigung, dass die Zirkulationsrate von Brennstoff nachteilig kleiner wird als ein spezifischer Pegel, der bei einer abrupten Beschleunigungs-/Verzögerungsanweisung von den Brennstoffzellen benötigt wird. In a conventional fuel cell system, the one Contains fuel circulation system that uses only one ejector The fuel circulation rate tends to be disadvantageously smaller than one specific level that occurs at an abrupt Acceleration / deceleration instructions are required by the fuel cells.

Mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, evaluiert jedoch, auch wenn eine abrupte Beschleunigung/Verzögerung den Brennstoffzellen übermittelt wird, das Brennstoffzellensteuergerät eine Zirkulationsrate von Brennstoff, die durch die Brennstoffzellen benötigt wird, unter Verwendung des Ausgangsleistungs- bzw. Ausgabeanweisungswerts, und führt eine Steuerung aus, um die Brennstoffzirkulationsrate mittels der Brennstoffbeschickungsvorrichtung zu erhöhen. Demzufolge kann die von den Brennstoffzellensystem benötigte Brennstoffmenge durch die Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert werden. With the first aspect of the present invention as described above evaluates, however, even if an abrupt acceleration / deceleration The fuel cell control unit transmits a fuel cell Circulation rate of fuel needed by the fuel cells is, using the output power or Output instruction value, and executes control to control the Increase fuel circulation rate by means of the fuel feeder. As a result, the amount of fuel required by the fuel cell system be circulated through the fuel circulation passage.

Als die Brennstoffbeschickungsvorrichtung kann eine Brennstoffpumpe, die in der Brennstoffzirkulationspassage vorgesehen ist und mit Brennstoff versorgt wird, um ein Zirkulationsmoment des Brennstoffs zu erzeugen, allein verwendet werden. Alternativ kann eine derartige Brennstoffpumpe verwendet werden, die in Kombination mit einem Ejektor angewendet wird, der neuen Brennstoff, der in dem Hochdruckbrennstofftank o. dgl. gespeichert ist, der Brennstoffrückführpassage zuführt, um ein Zirkulationsmoment des Brennstoffs unter Verwendung des hohen Drucks des Hochdruckbrennstofftanks zu erzeugen. As the fuel supply device, a fuel pump that is provided in the fuel circulation passage and with fuel is supplied in order to generate a circulation moment of the fuel, used alone. Alternatively, such a fuel pump used in combination with an ejector the new fuel in the high pressure fuel tank or the like. is stored, which feeds the fuel return passage to a circulation moment the fuel using the high pressure of the To produce high pressure fuel tanks.

Gemäß der obigen Konstruktion kann, auch bei einer abrupten Beschleunigung/Verzögerung der Brennstoffzellen, das Brennstoffzellensteuergerät die Brennstoffpumpe derart regulieren, dass deren Drehzahl zunehmen kann, und hier kann eine ausreichende Brennstoffmenge, die von den Brennstoffzellen benötigt wird, durch die Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert werden. According to the above construction, even with an abrupt one Acceleration / deceleration of the fuel cells, the fuel cell control unit Regulate the fuel pump so that its speed can increase, and here can be a sufficient amount of fuel by the Fuel cells are required to be circulated through the fuel circulation passage become.

Wenn die Brennstoffpumpe und der Ejektor in Kombination als die Brennstoffzellenbeschickungsvorrichtung verwendet werden, könnte auch unter Bedingungen, wo der Ejektor nicht zur Brennstoffstrahlbildung in der Lage ist, wie im Fall einer abrupten Beschleunigung/Verzögerung der Brennstoffzellen, und somit durch den Ejektor kein Brennstoff zirkuliert wird, das Brennstoffzellensteuergerät die Drehzahl der Brennstoffpumpe erhöhen, sodass eine ausreichende Brennstoffmenge, die von den Brennstoffzellen benötigt wird, durch die Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert werden kann. If the fuel pump and the ejector in combination than that Fuel cell feeder could also be used under conditions where the ejector is not capable of fuel jet formation in the Position, as in the case of an abrupt acceleration / deceleration of the Fuel cells, and thus no fuel is circulated through the ejector Fuel cell control unit increase the speed of the fuel pump, making a sufficient amount of fuel available from the fuel cells is required to be circulated through the fuel circulation passage can.

Die obige Brennstoffbeschickungsvorrichtung kann entweder mit einem einzigen Ejektor oder mit einer Mehrzahl von Ejektoren versehen sein. The above fuel feeder can either use a be provided with a single ejector or with a plurality of ejectors.

Gemäß einem beispielhaften zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, überwacht das obige Brennstoffzellensteuergerät eine Zustandsgröße der Brennstoffzelle. According to an exemplary second aspect of the present invention, the above fuel cell control unit monitors a state variable of Fuel cell.

Mit dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung überwacht das Brennstoffzellensteuergerät eine Zellenspannung, einen Taupunkt von Brennstoff am Einlass der Brennstoffzellen und/oder andere Zustandsgrößen der Brennstoffzelle und kann somit eine adäquate Steuerung/Regelung an der Zirkulationsrate von Brennstoff mit einer Feineinstellung für die Zustandsgröße durchführen. With the second aspect of the present invention, this monitors Fuel cell control device a cell voltage, a dew point of fuel at the inlet of the fuel cells and / or other state variables of the Fuel cell and can therefore provide adequate control / regulation on the Circulation rate of fuel with a fine adjustment for the Execute state variable.

Gemäß einem beispielhaften dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt das obige Brennstoffzellensteuergerät eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe auf der Basis des Ausgabeanweisungswerts, der der Brennstoffzelle übermittelt wird. According to an exemplary third aspect of the present invention the above fuel cell control unit determines a target speed of the Fuel pump based on the output instruction value that the Fuel cell is transmitted.

Mit dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung steuert/regelt das Brennstoffzellensteuergerät die Brennstoffpumpe derart, dass die Brennstoffpumpe mit einer Solldrehzahl dreht, die auf dem Ausgabeanweisungswert beruht anstatt der Angabe bzw. Ausgangsleistung der Brennstoffzellen. Der Grund dafür, warum das Brennstoffzellensteuergerät die variierende Ausgangsleistung der Brennstoffzelle nicht nutzt, um die Brennstoffpumpe zu steuern/zu regeln, ist, dass eine Änderung der Ausgangsleistung der Brennstoffzellen immer einer Verzögerung in der Reaktion auf die Ausgabeanweisung unterliegt. Demzufolge wird die Zirkulationsrate des Brennstoffs auf der Basis des Ausgabeanweisungswerts gesteuert/geregelt, sodass die Steuerung durch die Reaktionsverzögerung nicht beeinflusst wird. With the third aspect of the present invention, this controls Fuel cell control device the fuel pump such that the Fuel pump with a target speed that rotates on the Output instruction value is based on the specification or output power of the Fuel cells. The reason why the fuel cell control unit is the varying output power of the fuel cell does not use the To control / regulate fuel pump is that a change in output power of fuel cells always have a delay in responding to that Output instruction is subject. As a result, the circulation rate of the Fuel is controlled based on the output instruction value, so that the control is not affected by the response delay becomes.

Das obige Brennstoffzellensteuergerät kann ein Steuerkennfeld enthalten, das eine Beziehung zwischen dem Ausgabeanweisungswert und einer Solldrehzahl (oder Brennstoffzirkulationsrate) der Brennstoffzelle angibt. Durch Abfrage des Steuerkennfelds kann das Brennstoffzellensteuergerät die Brennstoffzirkulationsrate, die von den Brennstoffzellen benötigt wird, schnell auswerten und die Solldrehzahl der Brennstoffpumpe bestimmt, sodass das Brennstoffzellensteuergerät die Drehzahl der Brennstoffpumpe rasch steuern/regeln kann. Demzufolge kann das Brennstoffzellensteuergerät den Brennstoff schnell regulieren, um in ausreichender Menge, die von den Brennstoffzellen benötigt wird, durch die Brennstoffzirkulationspassage bei einer abrupten Beschleunigung/Verzögerung zu zirkulieren. The above fuel cell control unit may contain a control map which is a relationship between the output instruction value and one Specifies the target speed (or fuel circulation rate) of the fuel cell. By querying the control map, the fuel cell control unit can the fuel circulation rate required by the fuel cells, quickly evaluate and determine the target speed of the fuel pump, so that the fuel cell control unit the speed of the fuel pump can control / regulate quickly. As a result, it can Fuel cell control unit quickly regulate the fuel to a sufficient amount by the fuel cells is needed through the fuel circulation passage to circulate with an abrupt acceleration / deceleration.

Gemäß einem beispielhaften vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt das Brennstoffzellensteuergerät eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe auf der Basis eines der Brennstoffzelle übermittelten Ausgabeanweisungswert und berechnet auf der Basis der Zustandsgröße einen Drehzahlkorrekturkoeffizienten wie im dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, und das Brennstoffzellensteuergerät steuert/regelt die Brennstoffpumpe derart, dass die Brennstoffpumpe mit der Solldrehzahl, die mit dem Drehzahlkorrekturkoeffizienten korrigiert ist, dreht. Der obige Drehzahlkorrekturkoeffizient kann auf der Basis des Ausgabeanweisungswerts zusammen mit der Zustandsgröße berechnet werden. According to an exemplary fourth aspect of the present invention the fuel cell control unit determines a target speed of Fuel pump based on one transmitted to the fuel cell Output instruction value and calculates one based on the state quantity Speed correction coefficients as in the third aspect of the present invention, and the fuel cell control unit controls the fuel pump such that the fuel pump with the target speed that with the Speed correction coefficient is corrected, rotates. The above Speed correction coefficient can be based on the output instruction value together with the state variable can be calculated.

Während die Solldrehzahl der Brennstoffpumpe auf der Basis des Ausgabeanweisungswerts wie im dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt wird, wird die Solldrehzahl, die in dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird, mit einem Drehzahlkorrekturkoeffizienten korrigiert, der unter Berücksichtigung von den Zuständen der Brennstoffzellen berechnet ist (z. B. Zellenspannung, Taupunkt etc.), sodass die Drehzahl der Brennstoffpumpe auf den Drehzahlenanweisungswert eingestellt wird. While the target speed of the fuel pump is based on the Output instruction value as in the third aspect of the present invention is determined, the target speed, which in the fourth aspect of present invention is used with a speed correction coefficient corrected, taking into account the states of the Fuel cells is calculated (e.g. cell voltage, dew point, etc.) so that the Fuel pump speed to the speed instruction value is set.

Wenn z. B. die Zellenspannung unter einen vorbestimmten Bereich fällt, unter dem Einfluss von erzeugtem Wasser, Kondenswasser o. dgl., könnte der Drehzahlkorrekturkoeffizient auf größer gesetzt wird, um die Rotation der Brennstoffpumpe zu beschleunigen, was die Brennstoffzirkulationsrate erhöht. Die erhöhte Zirkulationsrate des Brennstoffs dient zur Beseitigung von Kondenswasser o. dgl. in den Zellen und dazu, die Zellenspannung auf einen Wert innerhalb des vorbestimmten Bereichs zurückzubringen, was erlaubt, dass die Zirkulationsrate des Brennstoffs zu der Brennstoffzirkulationsrate konvergiert (entsprechend der Solldrehzahl), die durch den Ausgabeanweisungswert angegeben wird. If e.g. B. the cell voltage falls below a predetermined range, under the influence of generated water, condensed water or the like the speed correction coefficient is set to be larger by the rotation the fuel pump to accelerate what is the fuel circulation rate elevated. The increased circulation rate of the fuel is used for disposal of condensed water or the like in the cells and the cell voltage return a value within the predetermined range, what allowed the fuel circulation rate to increase Fuel circulation rate converges (according to the target speed) by the Output instruction value is specified.

Darüber hinaus kann der Drehzahlkorrekturkoeffizient unter Berücksichtigung sowohl der Zustandsgröße der Brennstoffzelle als auch des Ausgabeanweisungswerts berechnet werden, und der so berechnete Drehzahlkorrekturkoeffizient gestattet eine feinere Einstellung der Brennstoffzirkulationsrate, mit der eine adäquate Brennstoffmenge, die durch die Brennstoffzellen benötigt wird, durch die Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert werden kann. In addition, the speed correction coefficient under Taking into account both the state variable of the fuel cell and the Output instruction value can be calculated, and the value thus calculated Speed correction coefficient allows finer adjustment of the Fuel circulation rate with which an adequate amount of fuel by the Fuel cells are required to be circulated through the fuel circulation passage can be.

Gemäß einem beispielhaften fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Zustandsgröße eine Zellenspannung der Brennstoffzelle und/oder einen Taupunkt des Brennstoffs am Einlass der Brennstoffzelle. According to an exemplary fifth aspect of the present invention the state variable includes a cell voltage of the fuel cell and / or a dew point of the fuel at the inlet of the fuel cell.

Mit diesem Aspekt der Erfindung kann eine Einstellung der durch die Brennstoffzirkulationspassage zirkulierten Brennstoffmenge durchgeführt werden, wobei der Zustand der Brennstoffzelle von der Zustandsgröße angegeben wird. With this aspect of the invention, an adjustment of the by Fuel circulation passage circulated amount of fuel to be performed where the state of the fuel cell is indicated by the state quantity becomes.

Gemäß einem beispielhaften sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt das obige Brennstoffzellensteuergerät eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe auf der Basis des Ausgabeanweisungswerts, erhält eine Ausgabezunahme/Abnahmerate als Änderungsrate des Ausgabeanweisungswerts in Bezug auf die Zeit, berechnet einen Drehzahlkorrekturkoeffizienten auf der Basis der Ausgabezunahme/Abnahmerate (oder der Ausgabezunahme/Abnahmerate und dem Ausgabeanweisungswert), und steuert/regelt die Brennstoffpumpe derart, dass die Brennstoffpumpe mit einer Drehzahl dreht, die durch Korrektur der Solldrehzahl mit dem Drehzahlkorrekturkoeffizienten erhalten ist. According to an exemplary sixth aspect of the present invention the above fuel cell control unit determines a target speed of the Fuel pump based on the output instruction value receives one Output increase / decrease rate as rate of change of Output instruction value in terms of time, calculates one Speed correction coefficients based on the output increase / decrease rate (or the Issue increase / decrease rate and the issue instruction value), and controls the fuel pump in such a way that the fuel pump also a speed that rotates by correcting the target speed with the Speed correction coefficient is obtained.

Während die Solldrehzahl der Brennstoffpumpe unter Berücksichtigung der Ausgabeanweisung wie im dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt werden kann, berechnet das Brennstoffzellensteuergerät des sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung den Drehzahlkorrekturkoeffizienten charakteristisch gemäß der Änderungsrate der Ausgangsleistung der Brennstoffzellen (Ausgabeanweisungswert) in Bezug auf die Zeit. While the target speed of the fuel pump taking into account the Output instruction as in the third aspect of the present invention can be determined, the fuel cell control unit calculates the sixth aspect of the present invention Speed correction coefficients characteristic according to the rate of change of the output power the fuel cell (output instruction value) with respect to time.

Wenn die Änderungsrate der Ausgabe bzw. Ausgangsleistung der Brennstoffzellen in Bezug auf die Zeit groß ist, variiert die Ausgabe der Brennstoffzellen stark in kurzer Zeit; somit wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient auf einen großen Wert gesetzt. Im Gegensatz hierzu wird, wenn die Änderungsrate der Ausgabe der Brennstoffzellen in Bezug auf die Zeit klein ist, der Drehzahlkorrekturkoeffizient auf einen kleinen Wert gesetzt. If the rate of change of the output or output power of the Fuel cells are large in terms of time, the output of which varies Fuel cells strong in a short time; thus the speed correction coefficient set a high value. In contrast, if the Rate of change of the output of the fuel cells with respect to time is small the speed correction coefficient is set to a small value.

Der Drehzahlkorrekturkoeffizient kann unter Berücksichtigung sowohl der Änderungsrate der Ausgabe der Brennstoffzellen in Bezug auf die Zeit als auch des Ausgabeanweisungswerts berechnet werden, wodurch eine feinere Einstellung der Brennstoffzirkulationsrate durchgeführt werden kann. The speed correction coefficient can take into account both the Rate of change of fuel cell output with respect to time as also be calculated from the output instruction value, whereby a finer adjustment of the fuel circulation rate can be carried out can.

Die oben beschriebenen Operationen der Berechnung eines Drehzahlkorrekturkoeffizienten, der Berechnung eines Drehzahlanweisungswerts durch Korrektur der Solldrehzahl mit dem Drehzahlkorrekturkoeffizient, und die Steuerung/Regelung der Brennstoffpumpe derart, dass die Brennstoffpumpe mit einer Drehzahl entsprechend dem Drehzahlanforderungswert dreht, erlaubt, dass bei einer Beschleunigung/Verzögerung der Brennstoffzellen eine adäquate Brennstoffmenge, die von den Brennstoffzellen benötigt wird, durch die Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert wird. The operations of calculating a Speed correction coefficient, the calculation of a speed instruction value by Correction of the target speed with the speed correction coefficient, and the Control of the fuel pump such that the fuel pump rotates at a speed corresponding to the speed request value, allows that when the fuel cells accelerate / decelerate an adequate amount of fuel required by the fuel cells is circulated through the fuel circulation passage.

Gemäß einem beispielhaften siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet das obige Brennstoffzellensteuergerät eine Betriebszeit der Brennstoffpumpe auf der Basis des Ausgabeanweisungswerts und der Ausgabezunahme/Abnahmerate und steuert/regelt die Brennstoffpumpe derart, dass die Brennstoffpumpe während der Betriebszeit dreht. According to an exemplary seventh aspect of the present invention the above fuel cell control unit calculates an operating time of the Fuel pump based on the output instruction value and the Output increase / decrease rate and controls the fuel pump such that the fuel pump rotates during the operating time.

Mit dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt das Brennstoffzellensteuergerät eine Betriebszeit, über die die Brennstoffzellenpumpe eine beschleunigte Rotation ausführt, auf der Basis der Ausgabezunahme/Abnahmerate und steuert/regelt hierdurch die Brennstoffpumpe. Die so konfigurierte Steuerung/Regelung setzt die Betriebszeit auf einen größeren Wert, wenn sich die Ausgabezunahme/Abnahmerate stark ändert, wohingegen sie die Betriebszeit auf einen kleinen Wert setzt, wenn sich die Ausgabezunahme/Abnahmerate wenig ändert, und kann somit eine adäquate Brennstoffmenge zirkulieren, die von den Brennstoffzellen benötigt wird, auf der Basis einer abrupten Beschleunigung/Verzögerung der Brennstoffzellen. With the seventh aspect of the present invention, this determines Fuel cell control unit an operating time over which the fuel cell pump performs an accelerated rotation based on the Output increase / decrease rate and thereby controls the fuel pump. The so configured control / regulation sets the operating time to a larger one Value if the output increase / decrease rate changes significantly, whereas it sets the operating time to a small value when the Output increase / decrease rate changes little, and can therefore be an adequate Circulate the amount of fuel required by the fuel cells based on an abrupt acceleration / deceleration of the Fuel cells.

Hier ist die "beschleunigte Rotation" eine Rotation, wenn der Drehzahlkorrekturkoeffizient, der wie in dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet ist, größer als eins ist, und wenn der Drehzahlanweisungswert, der der Brennstoffpumpe übermittelt wird, größer ist als die Solldrehzahl. Here the "accelerated rotation" is a rotation when the Speed correction coefficient as in the sixth aspect of the present Invention is calculated, is greater than one, and if the Speed instruction value transmitted to the fuel pump is larger than that Set speed.

Gemäß einem beispielhaften achten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die obige Brennstoffzirkulationspassage einen Bypass, der die Brennstoffpumpe umgeht, sowie ein Bypassventil, das durch das Brennstoffzellensteuergerät betrieben wird, um auf der Basis der Zustandsgröße zu öffnen und zu schließen; und das Bypassventil wird geöffnet, wenn die Zustandsgröße in einen vorbestimmten Bereich fällt, während das Bypassventil geschlossen wird, wenn die Zustandsgröße aus dem vorbestimmten Bereich herausfällt, sodass die Brennstoffpumpe mit einer der Zustandsgröße entsprechenden Drehzahl gedreht wird. According to an exemplary eighth aspect of the present invention the above fuel circulation passage contains a bypass that the Bypasses fuel pump, as well as a bypass valve that through the Fuel cell controller is operated based on the state variable to open and close; and the bypass valve is opened when the State variable falls within a predetermined range while the Bypass valve is closed when the state variable from the predetermined Area falls out, so that the fuel pump with one of the State variable corresponding speed is rotated.

Mit dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bypass bereitgestellt, der die Brennstoffpumpe umgeht, und in dem Bypass ist ein Bypassventil vorgesehen, das unter der Steuerung des Brennstoffzellensteuergeräts zum Öffnen und Schließen betrieben wird. The eighth aspect of the present invention is a bypass provided that bypasses the fuel pump and in the bypass is a Bypass valve provided that under the control of the Fuel cell control unit is operated for opening and closing.

Diese Anordnung gestattet, dass die Brennstoffpumpe nur dann arbeitet, wenn es notwendig ist. Genauer gesagt, wenn die Brennstoffzellen unter einem normalen Betriebszustand sind, wird die Brennstoffpumpe gestoppt, und der Brennstoff wird durch den Bypass zirkuliert, sodass nur der Ejektor verwendet wird, um den Brennstoff zu zirkulieren. Ferner dreht die Brennstoffpumpe nur dann, wenn entweder eine abrupte Beschleunigung/Verzögerungsanweisung zu den Brennstoffzellen übermittelt wird oder wenn die Zustandsgröße der Brennstoffzellen außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt; hierdurch kann elektrische Energie zum Betreiben der Brennstoffzelle eingespart werden. This arrangement allows the fuel pump to operate only when if it's necessary. More specifically, if the fuel cells are under are in a normal operating state, the fuel pump is stopped, and the fuel is circulated through the bypass so that only the ejector is used to circulate the fuel. Furthermore, the Fuel pump only when either an abrupt Acceleration / deceleration instruction is transmitted to the fuel cells or when the state quantity of the fuel cells outside the predetermined Range; this allows electrical energy to operate the Fuel cell can be saved.

Gemäß einem beispielhaften neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung stoppt das obige Brennstoffzellensteuergerät die Brennstoffpumpe oder lässt die Brennstoffpumpe leerlaufen, wenn die Zustandsgröße in den vorbestimmten Bereich fällt. According to an exemplary ninth aspect of the present invention the above fuel cell control unit stops the fuel pump or lets the fuel pump run empty when the state variable in the predetermined range falls.

Mit dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem Hybridsystem, das sowohl den Ejektor als auch die Brennstoffpumpe in Kombination als Brennstoffbeschickungsvorrichtung verwendet, die Brennstoffpumpe gestoppt oder leerlaufen gelassen, wenn die Zustandsgröße (z. B. eine Zellenspannung, ein Taupunkt o. dgl.) der Brennstoffzelle in dem vorbestimmten Bereich liegt, sodass in der Brennstoffzelle verbrauchte elektrische Energie eingeschränkt werden kann. Demzufolge kann der energetische Wirkungsgrad des Gesamtsystems verbessert werden. With the ninth aspect of the present invention in one Hybrid system that includes both the ejector and the fuel pump Combination used as a fuel feeder Fuel pump stopped or left empty when the condition variable (e.g. a cell voltage, a dew point or the like.) of the fuel cell in the predetermined range, so that consumed in the fuel cell electrical energy can be restricted. As a result, the energetic efficiency of the overall system can be improved.

Andere Ziele und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich. Other objects and further features of the present invention will become apparent the following description of preferred embodiments with respect to the attached drawings easily visible.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vorrichtungskonfiguration einer ersten Ausführung eines Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 1 is a schematic block diagram illustrating a device configuration of a first embodiment of a fuel-circulating fuel cell system according to the present invention.

Fig. 2A ist ein Steuerflussdiagramm der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 2A is a control flow diagram of the first embodiment of the present invention.

Fig. 2B ist eine Graphik, die eine Ausgabe gegen Drehzahlkennfeld zeigt. Fig. 2B is a graph showing an output against speed map.

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vorrichtungskonfiguration einer zweiten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 3 is a schematic block diagram illustrating a device configuration of a second embodiment of the fuel circulating fuel cell system according to the present invention.

Fig. 4 ist ein Querschnitt eines Ejektors. Fig. 4 is a cross section of an ejector.

Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vorrichtungskonfiguration einer dritten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 5 is a schematic block diagram illustrating an apparatus configuration of a third embodiment of the fuel circulating fuel cell system according to the present invention.

Fig. 6 ist ein Steuerflussdiagramm der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 is a control flow diagram of the third embodiment of the present invention.

Fig. 7A zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem ersten Ansatz einer Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäßder dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 7A shows a speed correction map used in a first approach of a speed correction coefficient determination routine according to the third embodiment of the present invention.

Fig. 7B zeigt ein Drehzahlkorrekturkoeffizient, das in einem zweiten Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. FIG. 7B shows a speed correction coefficient, which the present invention is used in a second approach, the rotational speed correction coefficient determination routine according to the third embodiment.

Fig. 7C zeigt eine sich zeitlich verändernde Zellenspannung, wenn kein Wasserstoff in den Brennstoffzellenstab geliefert wird. Fig. 7C shows a time-varying cell voltage when no hydrogen is supplied into the fuel cell rod.

Fig. 7D zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem dritten Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 7D is a speed correction map, which the present invention is used in a third approach, the rotational speed correction coefficient determination routine according to the third embodiment.

Fig. 8A zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem vierten Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 8A shows a speed-correction map, which the present invention is used in a fourth approach, the rotational speed correction coefficient determination routine according to the third embodiment.

Fig. 8B zeigt Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem fünften Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. FIG. 8B shows speed correction map showing the third embodiment of the present invention is used in accordance with a fifth approach, the rotational speed correction coefficient determination routine.

Fig. 9 ist ein Steuerflussdiagramm einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 9 is a control flow diagram of a fourth embodiment of the present invention.

Fig. 10A zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem ersten Ansatz einer Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäßder vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 10A shows a speed correction map used in a first approach of a speed correction coefficient determination routine according to the fourth embodiment of the present invention.

Fig. 10B zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem zweiten Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. FIG. 10B is a speed correction map, which the present invention is used in a second approach, the rotational speed correction coefficient determination routine according to the fourth embodiment.

Fig. 10C ist eine Graphik zur Auswertung der Absolutwerte der Ausgabezunahme/Abnahmeraten. Fig. 10C is a graph for evaluation of the absolute values of the output increase / decrease rate.

Fig. 10D zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem dritten Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 10D is a speed correction map, which the present invention is used in a third approach, the rotational speed correction coefficient determination routine according to the fourth embodiment.

Fig. 11A zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem vierten Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. FIG. 11A is a speed correction map, which the present invention is used in a fourth approach, the rotational speed correction coefficient determination routine according to the fourth embodiment.

Fig. 11B zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in einem fünften Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. FIG. 11B is a speed correction map, which the present invention is used in a fifth approach, the rotational speed correction coefficient determination routine according to the fourth embodiment.

Fig. 12 ist ein Flussdiagramm in einem sechsten Ansatz der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 12 is a flowchart in a sixth approach of the fourth embodiment of the present invention.

Fig. 13 zeigt ein Betriebszeitkennfeld, das in einem sechsten Ansatz der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 13 shows an operation time map used in a sixth approach of the fourth embodiment of the present invention.

Fig. 14 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vorrichtungskonfiguration der fünften Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 14 is a schematic block diagram illustrating a device configuration of the fifth embodiment of the fuel circulating fuel cell system according to the present invention.

Fig. 15 ist ein Steuerflussdiagramm der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 15 is a control flow chart of the fifth embodiment of the present invention.

Fig. 16 zeigt ein Drehzahlkorrekturkennfeld, das in der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 16 is a speed correction map which is used in the fifth embodiment of the present invention.

Fig. 17 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vorrichtungskonfiguration einer sechsten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 17 is a schematic block diagram illustrating a device configuration of a sixth embodiment of the fuel circulating fuel cell system according to the present invention.

Fig. 18 ist ein Steuerflussdiagramm der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 18 is a control flowchart of the sixth embodiment of the present invention.

Fig. 19 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung eines Steuerbetriebs der sechsten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 19 is a time chart for explaining a control operation of the sixth embodiment of the fuel circulating fuel cell system according to the present invention.

Fig. 20 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Vorrichtungskonfiguration eines herkömmlichen Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems darstellt. Fig. 20 is a schematic block diagram illustrating a device configuration of a conventional fuel-circulating fuel cell system.

Fig. 21A und 21B sind Graphiken zur Beschreibung von Nachteilen in dem herkömmlichen Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem. FIG. 21A and 21B are graphs circulating fuel for describing disadvantages in the conventional fuel cell system.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Nachfolgend wird eine Beschreibung bevorzugter Ausführungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen angegeben, obwohl es sich versteht, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungen beschränkt ist, sondern verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen. A description of preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings, although it it is understood that the scope of the present invention is not limited to the following statements is limited, but various changes and modifications can be made without the spirit of Deviate invention.

FIRST VERSION

Fig. 1 stellt eine erste Ausführung eines Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems nach der vorliegenden Erfindung dar. Die erste Ausführung verwendet den Brennstoffpumpen verwendenden Ansatz als Zirkulationssystem und entspricht dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Diese Erfindung exemplifiziert eine der grundlegendsten Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 illustrates a first embodiment of a fuel circulating fuel cell system according to the present invention. The first embodiment uses the fuel pump used approach as a circulation system and corresponds to the first aspect of the present invention. This invention exemplifies one of the most basic arrangements according to the present invention.

In Bezug auf Fig. 1 unterliegt Wasserstoff als Brennstoff, der von einem Hochdruckwasserstofftank o. dgl. einem Brennstoffzellenstapel 1 zuzuführen ist, im Voraus einer Druckregulierung durch einen Regler 2. Der von dem Regler 2 zugeführte Wasserstoff wird an einer Verknüpfung 7 mit von dem Brennstoffzellenstapel 1 abgeführtem Wasserstoff vermischt und durch eine Brennstoffzirkulationspassage 6a einer Anode des Brennstoffzellenstapels 1 zugeführt. 1, hydrogen as a fuel to be supplied from a high pressure hydrogen tank or the like to a fuel cell stack 1 is previously regulated by a regulator 2 . The hydrogen supplied by the controller 2 is mixed at a link 7 with the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 and fed through a fuel circulation passage 6 a to an anode of the fuel cell stack 1 .

An der Anode nicht benutzter Wasserstoff wird, zusammen mit Kondenswasser in dem Brennstoffzellenstapel 1, durch die Brennstoffzirkulationspassage 6b abgeführt, erlangt ein Zirkulationsmoment mittels einer Brennstoffpumpe 3, die an einem Punkt entlang der Brennstoffzirkulationspassage 6b angeordnet ist, und gelangt wieder zu der Verknüpfung 7. Der Wasserstoff, der an der Verknüpfung 7 angekommen ist, vereinigt sich mit dem von dem Regler 2 zugeführten Wasserstoff und wird wieder dem Brennstoffzellenstapel 1 zugeführt. At the anode, unused hydrogen, together with condensed water in the fuel cell stack 1 , is discharged through the fuel circulation passage 6 b, obtains a circulation moment by means of a fuel pump 3 , which is arranged at a point along the fuel circulation passage 6 b, and returns to link 7 , The hydrogen that has arrived at link 7 combines with the hydrogen supplied by controller 2 and is fed back to fuel cell stack 1 .

Es versteht sich, dass, obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, Luft als Oxidationsmittel an einer Kathode des Brennstoffzellenstapels 1 eingeführt wird. Das gleiche gilt für die zweiten bis dritten Ausführungen, die später beschrieben werden. It is understood that, although not shown in the drawings, air is introduced as an oxidizing agent on a cathode of the fuel cell stack 1 . The same applies to the second to third embodiments, which will be described later.

Wenn in der ersten Ausführung des oben beschriebenen Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems ein Beschleunigungs/Verzögerungswert in eine elektronische Steuereinheit (ECU) 4 als Brennstoffzellensteuervorrichtung eingegeben wird, erzeugt die ECU 4 einen Ausgabeanweisungswert, der benutzt wird, um die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 1 gemäß dem Beschleunigungs/Verzögerungswert zu steuern/zu regeln. Der Beschleunigungs/Verzögerungswert entspricht z. B. dem Niederdrückbetrag des Gaspedals des Brennstoffzellenfahrzeugs. Die ECU 4 fragt dann ein vorab gespeichertes Steuerkennfeld ab (wie in Fig. 2B gezeigt), das eine Beziehung zwischen einem Ausgabeanweisungswert und einer Solldrehzahl zeigt (nachfolgend als "Ausgabe gegen Drehzahlkennfeld" bezeichnet), um eine Solldrehzahl für den Ausgabeanweisungswert der Brennstoffpumpe 3 zu bestimmen. Die ECU 4 steuert/regelt die Brennstoffpumpe 3 derart, dass die Brennstoffpumpe 3 mit einer Solldrehzahl dreht, um eine Zirkulationsrate des Brennstoffs sicherzustellen, die durch das Brennstoff-zirkulierende Brennstoffzellensystem benötigt wird. In the first embodiment of the fuel circulating fuel cell system described above, when an acceleration / deceleration value is input to an electronic control unit (ECU) 4 as a fuel cell control device, the ECU 4 generates an output instruction value that is used to output the output of the fuel cell stack 1 according to the acceleration / To control / regulate the delay value. The acceleration / deceleration value corresponds to e.g. B. the depression amount of the accelerator pedal of the fuel cell vehicle. The ECU 4 then polls a pre-stored control map (as shown in FIG. 2B) showing a relationship between an output instruction value and a target speed (hereinafter referred to as "output versus speed map") to set a target speed for the output instruction value of the fuel pump 3 determine. The ECU 4 controls the fuel pump 3 so that the fuel pump 3 rotates at a target speed to ensure a fuel circulation rate required by the fuel circulating fuel cell system.

Fig. 2B ist eine Graphik, worin die Ordinate Drehzahlen (Brennstoffzirkulationsraten) der Brennstoffpumpe 3 zeigt und die Abszisse Ausgabenanweisungswerte; die Brennstoffzirkulationsraten, die von den Brennstoffzellen benötigt werden (Drehzahlen der Brennstoffpumpe 3) werden allein durch die Ausgabeanweisungswerte bestimmt. Fig. 2B is a graph in which the ordinate shows speeds (fuel circulation rates) of the fuel pump 3 and the abscissa output instruction values; the fuel circulation rates required by the fuel cells (speeds of the fuel pump 3 ) are determined solely by the output instruction values.

Auch wenn bei der ersten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems eine abrupte Beschleunigungs/Verzögerungsanweisung übermittelt wird, evaluiert die ECU 4 eine Brennstoffzirkulationsrate, die von dem Brennstoffzellenstapel 4 benötigt wird, unmittelbar auf der Basis eines entsprechenden Ausgabeanweisungswerts durch Abfrage des Ausgabe gegen Drehzahlkennfelds (siehe Fig. 2B), und steuert/regelt die Brennstoffpumpe 3 derart, dass die Brennstoffpumpe 3 mit einer aus dem Kennfeld erhaltenen Solldrehzahl dreht. Dementsprechend kann die von den Brennstoffzellen benötigte Brennstoffmenge durch die Brennstoffzirkulationspassage 6 zirkuliert werden. Even if an abrupt acceleration / deceleration instruction is transmitted in the first embodiment of the fuel circulating fuel cell system, the ECU 4 evaluates a fuel circulation rate required by the fuel cell stack 4 directly based on a corresponding output instruction value by querying the output against the speed map (see Fig . 2B), and controls / regulates the fuel pump 3 such that the fuel pump 3 rotates at a obtained from the map set speed. Accordingly, the amount of fuel required by the fuel cells can be circulated through the fuel circulation passage 6 .

Als nächstes wird ein spezifischer Steuerfluss der ersten Ausführung in Bezug auf das in Fig. 2A gezeigte Flussdiagramm beschrieben. Next, a specific control flow of the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 2A.

Wenn die ECU 4 eine Ausgabeanweisung erhält (S11), lokalisiert die ECU 4 eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe entsprechend einem Ausgabeanweisungswert für die Ausgabeanweisung (S12) durch Abfragen eines vorab gespeicherten Ausgabe gegen Drehzahlkennfelds (wie in Fig. 2B) (S13). When the ECU 4 receives an output instruction (S11), the ECU 4 locates a target speed of the fuel pump corresponding to an output instruction value for the output instruction (S12) by querying a previously stored output against a speed map (as in FIG. 2B) (S13).

Anschließend regelt die ECU 4 die Brennstoffpumpe 3 derart, dass die Brennstoffpumpe 3 mit der Solldrehzahl dreht (S14), und der Prozess endet (S15). Then, the ECU 4 controls the fuel pump 3 so that the fuel pump 3 rotates at the target speed (S14), and the process ends (S15).

Obwohl die Brennstoffpumpe 3 und der Regler 2 eine Brennstoffbeschickungsvorrichtung exemplifizieren, die zum Zirkulieren von Brennstoff in der ersten Ausführung verwendet wird, wie oben beschrieben, kann statt dessen jedes bekannte Mittel zum Zirkulieren von Brennstoff verwendet werden. Die ECU 4, die in dieser Ausführung als Brennstoffzellensteuergerät dient, kann durch irgendeine verfügbare Anordnung, gesondert oder in Kombination, ersetzt werden. Although the fuel pump 3 and the regulator 2 exemplify a fuel supply device used for circulating fuel in the first embodiment as described above, any known means for circulating fuel may be used instead. The ECU 4 , which serves as a fuel cell control device in this embodiment, can be replaced by any available arrangement, separately or in combination.

SECOND VERSION

Fig. 3 stellt eine Vorrichtungskonfiguration einer zweiten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die zweite Ausführung benutzt eine kombinierte Verwendung einer Brennstoffpumpe und eines Ejektors als Zirkulationssystem und entspricht den ersten und dritten Aspekten der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführung exemplifiziert eine der grundlegendsten Anordnungen eines Hybridsystems, das sowohl mit einer Brennstoffpumpe als auch einem Ejektor als Brennstoffbeschickungsvorrichtung in einer Brennstoffzirkulationspassage versehen ist. Fig. 3 illustrates a device configuration of a second embodiment of the fuel circulating fuel cell system according to the present invention. The second embodiment uses a combined use of a fuel pump and an ejector as a circulation system and corresponds to the first and third aspects of the present invention. This embodiment exemplifies one of the most basic arrangements of a hybrid system that is provided with both a fuel pump and an ejector as a fuel delivery device in a fuel circulation passage.

In der zweiten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems ist in einer Brennstoffzirkulationspassage 6a ein Ejektor 5 vorgesehen, dessen Düse 5a, die später beschrieben wird, über einen Regler 2 mit einem Hochdruckwasserstofftank verbunden ist, sodass einem Brennstoffzellenstapel 1 neuer Brennstoff unter Verwendung des Drucks des Hochdruckwasserstofftanks zugeführt werden kann. Zusätzlich kann eine Brennstoffpumpe 3, die in einer Brennstoffzirkulationspassage 6b vorgesehen ist, unabhängig von dem Ejektor 5 dem Brennstoff ein Zirkulationsmoment verleihen. Die Brennstoffzirkulationspassage 6b ist mit einer später beschriebenen Saugkammer 5c (Fig. 4) des Ejektors 5 verbunden, sodass Brennstoff durch die Brennstoffzirkulationspassage 6 mit dem Ejektor allein zirkuliert werden kann, wenn der Ejektor 5 neuen Brennstoff von der Düse 5a ausstößt (Fig. 4), obwohl die Brennstoffmenge begrenzt sein könnte. In the second embodiment of the fuel-circulating fuel cell system, an ejector 5 is provided in a fuel circulation passage 6 a, the nozzle 5 a, which will be described later, is connected to a high-pressure hydrogen tank via a regulator 2 , so that a fuel cell stack 1 receives new fuel using the pressure of the high pressure hydrogen tank can be supplied. In addition, a fuel pump 3 , which is provided in a fuel circulation passage 6 b, can give the fuel a circulation moment independently of the ejector 5 . The fuel circulation passage 6 b is connected to a suction chamber 5 c ( FIG. 4) of the ejector 5 described later, so that fuel can be circulated through the fuel circulation passage 6 with the ejector alone when the ejector 5 ejects new fuel from the nozzle 5 a ( FIG . 4), although the amount of fuel could be limited.

Hier wird eine Beschreibung des Ejektors 5 in Bezug auf Fig. 4 angegeben. Der Ejektor 5 ist eine Art von Vakuumpumpe und ist in der Lage, Energie in der Form von Druck in Energie für den Stofftransport umzuwandeln. Der Ejektor 5 ist aufgebaut aus einer Düse 5a, einem Diffusor 5b und einer Saugkammer 5c. Die Saugkammer 5c ist mit der Brennstoffzirkulationspassage 6b verbunden. Here, a description of the ejector 5 is given with reference to FIG. 4. The ejector 5 is a type of vacuum pump and is able to convert energy in the form of pressure into energy for mass transport. The ejector 5 is constructed from a nozzle 5 a, a diffuser 5 b and a suction chamber 5 c. The suction chamber 5 c is connected to the fuel circulation passage 6 b.

Wasserstoff, der aus dem Hochdruckwasserstofftank o. dgl. herausgekommen ist und einer Druckregulierung unterzogen wurde, während er durch den Regler 5 hindurchtritt, wird von einer dünn verengten Düse 5a des Ejektors 5 mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen. Der von der Düse 5a ausgestoßene Wasserstoff wird von der Brennstoffzirkulationspassage 6b der Saugkammer 5c zugeführt und bewegt sich zu dem Diffusor 5b unter Einbeziehung von in dem Brennstoffzellenstapel 1 unbenutzten Wasserstoff. Demzufolge wird durch den Ausstoß von neuem Wasserstoff aus der Düse 5a der Wasserstoff zum Kreislauf in der Brennstoffzirkulationspassage 6 angetrieben. Hydrogen, the o from the high pressure hydrogen tank. The like. Came out and a pressure regulating was subjected as it passes through the regulator 5 is ejected from a thin constricted nozzle 5 a of the ejector 5 at high speed. The hydrogen ejected from the nozzle 5 a is fed from the fuel circulation passage 6 b to the suction chamber 5 c and moves to the diffuser 5 b, including hydrogen unused in the fuel cell stack 1 . Accordingly, the emission of new hydrogen from the nozzle 5 a drives the hydrogen to the circuit in the fuel circulation passage 6 .

Wie oben beschrieben, werden, was in der zweiten Ausführung charakteristisch ist, der Ejektor 5 und die Brennstoffpumpe 3 beide in Kombination als Brennstoffbeschickungsvorrichtung zum Zirkulieren von Wasserstoff in der Brennstoffzirkulationspassage 6 verwendet. As described above, which is characteristic of the second embodiment, the ejector 5 and the fuel pump 3 are both used in combination as a fuel supply device for circulating hydrogen in the fuel circulation passage 6 .

Mit dem in Fig. 20 gezeigten herkömmlichen System, das Brennstoff nur unter Verwendung eines Ejektors 5 zirkuliert, würde, wenn eine abrupte Beschleunigungs/Verzögerungsanweisung übermittelt wird, nachteilige Bedingungen hervorgebracht, wie etwa eine verzögerte Reaktion der Wasserstoffzufuhr (bei abrupter Beschleunigung: siehe Fig. 21A) und ein Aufheben der Wasserstoffzirkulierung (bei abrupter Verzögerung: siehe Fig. 21B). With the conventional system shown in Fig. 20, which only circulates fuel using an ejector 5 , if an abrupt acceleration / deceleration instruction is transmitted, adverse conditions would be brought about, such as a delayed response of the hydrogen supply (in the case of abrupt acceleration: see Fig. 21A) and an interruption of the hydrogen circulation (in the case of an abrupt delay: see FIG. 21B).

Im Gegensatz hierzu ist bei der zweiten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems, die Brennstoffpumpe 3 unter der Steuerung der ECU 4 zusätzlich zu dem Ejektor 5 vorgesehen, um Brennstoff zu zirkulieren; auch wenn somit eine abrupte Beschleunigungs/Verzögerungsanweisung in einer Art übermittelt wird, auf die der Ejektor 5 nicht geeignet reagieren kann, reguliert die ECU 4 die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 durch Abfrage des Ausgabe gegen Drehzahlkennfelds (wie in Fig. 2B), sodass die Brennstoffpumpe 3 mit einer Solldrehzahl dreht. Demzufolge kann die Zirkulationsrate von Brennstoff, der von dem Brennstoffzirkulierenden Brennstoffzellensystem benötigt wird, geeignet sichergestellt werden. In contrast, in the second embodiment of the fuel circulating fuel cell system, the fuel pump 3 is provided under the control of the ECU 4 in addition to the ejector 5 to circulate fuel; thus, even if an abrupt acceleration / deceleration instruction is transmitted in a manner to which the ejector 5 cannot react appropriately, the ECU 4 regulates the speed of the fuel pump 3 by querying the output against the speed map (as in FIG. 2B) so that the fuel pump 3 rotates at a target speed. As a result, the circulation rate of fuel required by the fuel circulating fuel cell system can be appropriately ensured.

Da der Steuerfluss der zweiten Ausführung im Wesentlichen der gleiche ist wie jener der ersten Ausführung (wie in Fig. 2A gezeigt), wird eine verdoppelte Erläuterung davon hierin weggelassen. Since the control flow of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (as shown in FIG. 2A), a duplicate explanation thereof is omitted here.

Es versteht sich, dass die Verwendung der ECU 4 als Brennstoffzellensteuergerät dieser Ausführung nur ein Beispiel ist und jede bekannte Anordnung angewendet werden kann. It is understood that the use of the ECU 4 as the fuel cell control device of this embodiment is only an example, and any known arrangement can be applied.

THIRD VERSION

Fig. 5 stellt eine dritte Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems nach der vorliegenden Erfindung dar. Die dritte Ausführung verwendet ein Zirkulationssystem, das eine Brennstoffpumpe 3 und einen Ejektor 5 in Kombination als Brennstoffbeschickungsvorrichtung verwendet, und entspricht den zweiten, dritten, vierten und fünften Aspekten der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 illustrates a third embodiment of the fuel circulating fuel cell system according to the present invention. The third embodiment uses a circulation system that uses a fuel pump 3 and an ejector 5 in combination as a fuel supply device, and corresponds to the second, third, fourth and fifth aspects of the present invention.

Die Vorrichtungskonfiguration der dritten Ausführung ist identisch mit jener der zweiten Ausführung (siehe Fig. 3), außer, dass die ECU 4 eine Zellenspannung der Brennstoffzellen unter Verwendung eines Voltmeters 10 überwacht. The device configuration of the third embodiment is identical to that of the second embodiment (see FIG. 3), except that the ECU 4 monitors a cell voltage of the fuel cells using a voltmeter 10 .

Die Brennstoffzeilen sind so ausgestaltet, dass sie arbeiten, wenn die Zellenspannung in einen vorbestimmten Bereich fällt. Jedoch ist die Zellenspannung auf eine Akkumulation von erzeugtem Wasser und Kondenswasser in dem Brennstoffzellenstapel 1 empfindlich, und würde somit unter den vorbestimmten Bereich abfallen. Diese Ausführung exemplifiziert ein Brennstoff-zirkulierendes Brennstoffzellensystem, das auch dann, wenn unter den obigen Umständen eine Ausgabeanweisung an die Brennstoffzelle übermittelt wird, rasch die durch die Ausgabeanweisung angeforderte Ausgangsleistung erzeugen kann, während sie die Zellenspannung wieder herstellt, und die Wasserstoffzirkulationsrate, die von den Brennstoffzellen benötigt wird, konstant erfüllen kann. The fuel lines are designed to operate when the cell voltage falls within a predetermined range. However, the cell voltage is sensitive to an accumulation of generated water and condensed water in the fuel cell stack 1 , and thus would fall below the predetermined range. This embodiment exemplifies a fuel circulating fuel cell system that, even when an output instruction is sent to the fuel cell under the above circumstances, can quickly generate the output power requested by the output instruction while restoring the cell voltage and the hydrogen circulation rate by those Fuel cells is required, can constantly meet.

Es wird nun eine Beschreibung eines Steuerflusses der dritten Ausführung in Bezug auf das in Fig. 6 gezeigte Flussdiagramm angegeben. Wenn ein Beschleunigungs/Verzögerungswert als Ausgabeanweisung in die ECU 4 eingegeben wird, überträgt die ECU 4 einen Ausgabeanweisungswert entsprechend dem Beschleunigungs/Verzögerungswert zu dem Brennstoffzellenstapel 1 (S61). In dieser Stufe lokalisiert die ECU 4 eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe 3 entsprechend dem Ausgabeanweisungswert (S62) durch Abfrage des Ausgabe gegen Drehzahlkennfelds (wie in Fig. 2B gezeigt) (S63). Anschließend bestimmt die ECU 4 eine Zellenspannung der Brennstoffzellen mit dem Voltmeter 10, das in dem Brennstoffzellenstapel 1 vorgesehen ist, um den Zustand des Brennstoffzellenstapels 1 zu prüfen. A description will now be given of a control flow of the third embodiment with reference to the flowchart shown in FIG. 6. When an acceleration / deceleration value is input as the output instruction to the ECU 4, the ECU 4 transmits an output instruction value corresponding to the acceleration / deceleration value to the fuel cell stack 1 (S61). At this stage, the ECU 4 locates a target speed of the fuel pump 3 according to the output instruction value (S62) by querying the output against the speed map (as shown in FIG. 2B) (S63). Subsequently, the ECU 4 determines a cell voltage of the fuel cell with the voltmeter 10, which is provided in the fuel cell stack 1, to check the state of the fuel cell stack. 1

Die ECU 4 verwendet die Zellenspannung allein oder die Zellenspannung und den Ausgabeanweisungswert als Eingabewerte zur Berechnung des Drehzahlkorrekturkoeffizienten durch eine Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65). In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine ein Drehzahlkorrekturkennfeld ab, das vorab in der ECU 4 bereitgestellt ist (S66). Es gibt viele Varianten von Ansätzen für die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmung unter Verwendung der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine des Drehzahlkorrekturkennfelds, und eine detaillierte Beschreibung wird später angegeben. The ECU 4 uses the cell voltage alone or the cell voltage and the output instruction value as input values for calculating the speed correction coefficient by a speed correction coefficient determination routine (S65). At this stage, the speed correction coefficient determination routine interrogates a speed correction map provided in advance in the ECU 4 (S66). There are many variations on approaches for speed correction coefficient determination using the speed correction coefficient determination routine of the speed correction map, and a detailed description will be given later.

Als nächstes wird ein Drehzahlanweisungswert der Brennstoffpumpe 3 berechnet, indem das Produkt der in Schritt S62 erhaltenen Solldrehzahl und des in Schritt S65 erhaltenen Drehzahlkorrekturkoeffizienten herausgefunden wird (S67). Next, a speed instruction value of the fuel pump 3 is calculated by finding the product of the target speed obtained in step S62 and the speed correction coefficient obtained in step S65 (S67).

Als nächstes steuert die ECU 4 die Brennstoffpumpe 3 derart, dass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 den Drehzahlanweisungswert einnimmt (S68), und der Prozess endet (S69). Next, the ECU 4 controls the fuel pump 3 so that the speed of the fuel pump 3 takes the speed instruction value (S68), and the process ends (S69).

In diesem Steuerfluss kann nach Schritt S68 ein Prozessschritt vorgesehen sein, um die Drehzahl der Brennstoffpumpe 4 zu erfassen und zu bestimmen, ob die Drehzahl den Drehzahlanweisungswert erreicht hat, um eine Rückkopplungs-Regelung durchzuführen, worin dann, wenn bestimmt wird, dass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 den Drehzahlanweisungswert nicht erreicht hat, der Prozess zu S64 zurückspringt. In this control flow, a process step may be provided after step S68 to detect the speed of the fuel pump 4 and determine whether the speed has reached the speed instruction value to perform feedback control, wherein if it is determined that the speed of the If fuel pump 3 has not reached the speed instruction value, the process returns to S64.

Der Zusatz eines solchen Rückkopplungsregelprozesses zu dem Steuerfluss macht es möglich, den Drehzahlkorrekturkoeffizienten gemäß variierenden Zellenspannungen konstant zu aktualisieren und die Zellenspannung genauer auf die Drehzahlregelung der Brennstoffpumpe 3 wiederzuspiegeln. The addition of such a feedback control process to the control flow makes it possible to constantly update the speed correction coefficient according to varying cell voltages and to reflect the cell voltage more precisely to the speed control of the fuel pump 3 .

Hierauf ist der Drehzahlkorrekturkoeffizient ein Koeffizient, der eine Zunahme der Drehzahl der Brennstoffzelle 3 bestimmt, die zum Wiederherstellen der Zellenspannung innerhalb des vorbestimmten Bereichs benötigt wird, wenn die Zellenspannung unter den vorbestimmten Bereich abfällt. Then, the speed correction coefficient is a coefficient that determines an increase in the speed of the fuel cell 3 that is required to restore the cell voltage within the predetermined range when the cell voltage falls below the predetermined range.

Wenn die Zellenspannung in den vorbestimmten Bereich fällt, wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient 1, und wenn die Zellenspannung niedriger wird als der vorbestimmte Bereich, wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient größer. When the cell voltage falls within the predetermined range, the speed correction coefficient becomes 1 , and when the cell voltage becomes lower than the predetermined range, the speed correction coefficient becomes larger.

Als nächstes wird eine Beschreibung von Varianten von Ansätzen für die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmung unter Verwendung der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) und des Drehzahlkorrekturkennfelds (S66) angegeben. Next is a description of variations of approaches for the Speed correction coefficient determination using the Speed correction coefficient determination routine (S65) and the Speed correction map (S66) specified.

(1) First approach

In dem ersten Ansatz bestimmt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) den Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung einer Zellenspannung als einzigen Eingabewert. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) ein in Fig. 7A gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfelds ab. In the first approach, the speed correction coefficient determination routine (S65) determines the speed correction coefficient using a cell voltage as a single input value. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S65) interrogates a speed correction map shown in FIG. 7A.

Fig. 7A ist eine Graphik, deren Ordinate Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet und deren Abszisse Zellenspannungen bezeichnet. Wie in Fig. 7A gezeigt, fällt eine gerade Korrekturkoeffizientenlinie, die eine Beziehung von Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu den Zellenspannungen angibt, von links nach rechts ab. Ein Schnittpunkt der geraden Korrekturkoeffizientenlinie und der Abszissenachse bezeichnet einen vorbestimmten Wert der Zellenspannung, und die Brennstoffzellen sind normalerweise so ausgestaltet, dass die unter dem Zustand arbeiten, wo die Zellenspannung dem vorbestimmten Wert angenähert ist (innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Werten). Fig. 7A is a graph whose ordinate denotes speed correction coefficients and whose abscissa denotes cell voltages. As shown in FIG. 7A, a straight line of correction coefficients indicating a relationship of speed correction coefficients to cell voltages falls from left to right. An intersection of the straight correction coefficient line and the axis of abscissa denotes a predetermined value of the cell voltage, and the fuel cells are usually designed to operate under the state where the cell voltage is approximated to the predetermined value (within a predetermined range of values).

Die in Schritt S64 bestimmte Zellenspannung wird auf das in Fig. 7A gezeigte Drehzahlkorrekturkoeffizientenkennfeld angewendet, sodass der Drehzahlkorrekturkoeffizient erhalten werden kann. Wenn z. B. die in Schritt 564 evaluierte Zellenspannung a ist, geht aus dem Kennfeld unmittelbar hervor, dass der Drehzahlkorrekturkoeffizient Ka ist. The cell voltage determined in step S64 is applied to the speed correction coefficient map shown in FIG. 7A, so that the speed correction coefficient can be obtained. If e.g. B. the cell voltage evaluated in step 564 is immediately apparent from the map that the speed correction coefficient is Ka.

(2) Second approach

In dem zweiten Ansatz bestimmt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) den Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung einer Zellenspannung und eines Ausgabeanweisungswerts als Eingangswerte. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) ein in Fig. 7B gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab. In the second approach, the speed correction coefficient determination routine (S65) determines the speed correction coefficient using a cell voltage and an output instruction value as input values. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S65) interrogates a speed correction map shown in FIG. 7B.

Das Merkmal des zweiten Ansatzes ist es, den in Schritt S61 eingegebenen Ausgabeanweisungswert zusammen mit der Zellenspannung zu nutzen, wenn der Drehzahlkorrekturkoeffizient erhalten wird. The feature of the second approach is that entered in step S61 To use the output instruction value together with the cell voltage when the speed correction coefficient is obtained.

Durch den ersten Ansatz kann der Drehzahlkorrekturkoeffizient durch die Zellenspannung eindeutig bestimmt werden, unabhängig von der Höhe des Ausgabeanweisungswerts. Die Verwendung des ersten Ansatzes macht es möglich, die Ausgangsleistung der Brennstoffzellen zu dem Ausgabeanweisungswert hin zu ändern, während die Zellenspannung der Brennstoffzellen wieder hergestellt werden. Durch den zweiten Ansatz wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient unter Berücksichtigung der Höhe des Ausgabeanweisungswerts, zusätzlich zu der Zellenspannung, bestimmt, und somit kann die Zeit, die es braucht, damit die Ausgangsleistung der Brennstoffzellen den Ausgabeanweisungswert einnimmt, verkürzt werden. Insbesondere wenn die von den Brennstoffzellen benötigte Ausgangsleistung (Ausgabeanweisungswert) groß ist (wenn die Brennstoffpumpe 3 mit hohen Drehzahlen läuft), wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient größer gemacht, und wenn die von den Brennstoffzellen benötigte Ausgangsleistung (Ausgabeanweisungswert) klein ist (wenn die Brennstoffzelle 3 mit geringen Geschwindigkeiten läuft), wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient kleiner gemacht, sodass eine adäquate Steuerung/Regelung, die an die Zustände der Brennstoffzelle angepasst ist, durchgeführt werden kann. With the first approach, the speed correction coefficient can be uniquely determined by the cell voltage regardless of the level of the output instruction value. The use of the first approach makes it possible to change the output of the fuel cells toward the output instruction value while the cell voltage of the fuel cells is being restored. The second approach determines the speed correction coefficient considering the level of the output instruction value in addition to the cell voltage, and thus the time required for the output of the fuel cells to take the output instruction value can be shortened. Particularly when the output power (output instruction value) required by the fuel cells is large (when the fuel pump 3 is running at high speeds), the speed correction coefficient is made larger, and when the output power (output instruction value) required by the fuel cells is small (when the fuel cell 3 is low) Speeds is running), the speed correction coefficient is made smaller, so that an adequate control that is adapted to the conditions of the fuel cell can be carried out.

Fig. 7B ist eine Graphik, die gerade Korrekturkoeffizientenlinien entsprechend jedem Ausgabeanweisungswert zeigt. Unter einer großen Anzahl von Ist-Daten sind in Fig. 7B drei beispielhafte Linien angezeigt, die die Ausgabeanweisungswerte A, B und C haben. Alle diese geraden Korrekturkoeffizientenlinien, von denen jene mit größeren Ausgabeanweisungswerten steilere Steigungen haben, schneiden sich an einem Punkt des vorbestimmten Werts auf der Abszissenachse. Die Ausgabeanweisungswerte C, B und A sind jeweils vorbestimmt, sodass sie jeweils zu verwenden sind, wenn die Ausgangsleistung des Brennstoffzellenstapels 1 in einen größten-größeren Bereich, einen größeren-mittleren Bereich und mittleren-kleineren Bereich fällt. FIG. 7B is a graph showing each output instruction value corresponding to the correction coefficient straight lines. Among a large number of actual data, three exemplary lines having the output instruction values A, B and C are shown in FIG. 7B. All of these straight correction coefficient lines, of which those with larger output instruction values have steeper slopes, intersect at a point of the predetermined value on the abscissa axis. The output instruction values C, B, and A are predetermined, respectively, so that they are to be used when the output of the fuel cell stack 1 falls within a larger-larger area, a larger-medium area, and a medium-smaller area.

In dem zweiten Ansatz wählt die ECU 4 eine Linie entsprechend dem Ausgabeanweisungswert unter den geraden Korrekturkoeffizientenlinien und bestimmt darin einen Drehzahlkorrekturkoeffizienten, der der gegenwärtigen Zellenspannung entspricht, auch der gewählten geraden Korrekturkoeffizientenlinie, um hierdurch die Brennstoffpumpe 3 zu steuern/zu regeln. In the second approach, the ECU 4 selects a line corresponding to the output instruction value among the straight correction coefficient lines, and determines therein a speed correction coefficient that corresponds to the current cell voltage, also the selected straight correction coefficient line, to thereby control the fuel pump 3 .

(3) Third Approach

In dem dritten Ansatz bestimmt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) den Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung einer Zellenspannung als einzigen Eingabewert. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) ein in Fig. 7D gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab. In the third approach, the speed correction coefficient determination routine (S65) determines the speed correction coefficient using a cell voltage as a single input value. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S65) interrogates a speed correction map shown in FIG. 7D.

Das Merkmal des dritten Ansatzes ist es, den Grad des Abfalls in der Zellenspannung in nicht kontinuierlicher sondern stufenartiger Weise auszuwerten, wie unten in Bezug auf Fig. 7C beschrieben wird. Fig. 7C ist eine Graphik, die eine zeitveränderliche Zellenspannung darstellt, wenn Wasserstoff nicht in den Brennstoffzellenstapel 1 zirkuliert wird. Wenn, wie dargestellt, Wasserstoff nicht zirkuliert wird, fällt die Zellenspannung allmählich ab. In dem dritten Ansatz wird der Grad des Abfalls in der Zellenspannung unter Verwendung von Schwellenwerten kontrolliert. Zum Beispiel wird, wie in Fig. 7C, der Grad des Abfalls des Zellenspannung innerhalb des Bereichs 1 durch den Schwellenwert 1 repräsentiert; innerhalb des Bereichs 2 durch den Schwellenwert 2; und innerhalb des Bereichs 3 durch den Schwellenwert 3. The feature of the third approach is to evaluate the level of the drop in cell voltage in a non-continuous but step-like manner, as described below with reference to Figure 7C. Fig. 7C is a graph illustrating a time-varying cell voltage when hydrogen is not circulated in the fuel cell stack 1. If, as shown, hydrogen is not circulated, the cell voltage gradually drops. In the third approach, the level of drop in cell voltage is controlled using thresholds. For example, as in FIG. 7C, the degree of drop in cell voltage within range 1 is represented by threshold 1 ; within range 2 by threshold 2 ; and within range 3 by threshold 3 .

Die ECU 4 bestimmt, welcher Schwellenwert der in Schritt S64 erhaltenen Zellenspannung entspricht (d. h., in welchen Bereich sie fällt), fragt das in Fig. 7D gezeigte Drehzahlkorrekturkennfeld ab und bestimmt den Drehzahlkorrekturkoeffizienten. Wie aus Fig. 7D ersichtlich, wird, wenn der Grad des Abfalls in der Zellenspannung zunimmt, der Drehzahlkorrekturkoeffizient größer. Wenn die Zellenspannung in den vorbestimmten Bereich fällt (wo die Zellenspannung den Schwellenwert 1 von Fig. 7C überschreitet), braucht die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 nicht korrigiert werden; daher wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient = 1 gewählt (wie durch den Schnittpunkt der Ordinatenachse und der Abszissenachse angegeben). The ECU 4 determines which threshold value corresponds to the cell voltage obtained in step S64 (ie, in which range it falls), queries the speed correction map shown in FIG. 7D, and determines the speed correction coefficient. As seen from Fig. 7D, the rotational speed correction coefficient when the degree of drop in the cell voltage increases, larger. If the cell voltage falls within the predetermined range (where the cell voltage exceeds threshold 1 of FIG. 7C), the speed of the fuel pump 3 need not be corrected; therefore the speed correction coefficient = 1 is chosen (as indicated by the intersection of the ordinate axis and the abscissa axis).

In dem dritten Ansatz werden die Zellenspannung durch eine Anzahl von Schwellenwerten repräsentiert, und somit braucht die ECU 4 kein detailliertes Drehzahlkorrekturkennfeld speichern, worin der Drehzahlkorrekturkoeffizient durch die Zellenspannung eindeutig bestimmt wird, wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt. Demzufolge kann die Datenmenge, die die ECU 4 speichern muss, reduziert werden. In the third approach, the cell voltage is represented by a number of threshold values, and thus the ECU 4 does not need to store a detailed speed correction map in which the speed correction coefficient is uniquely determined by the cell voltage, as shown in Figs. 7A and 7B. As a result, the amount of data that the ECU 4 must store can be reduced.

Obwohl in der obigen Beschreibung zu Illustrationszwecken der Grad des Abfalls in der Zellenspannung mit drei Schwellenwerten ausgewertet wird, ist die Anzahl der Schwellenwerte nicht auf drei beschränkt. Although in the description above the degree of Drop in the cell voltage is evaluated with three threshold values, the number of thresholds is not limited to three.

(4) Fourth Approach

In dem vierten Ansatz wird der Grad des Abfalls in der Zellenspannung mit Schwellenwerte wie in dem dritten Ansatz evaluiert, und zusätzlich wird der Ausgabeanweisungswert benutzt, um den Drehzahlkorrekturkoeffizienten der Brennstoffpumpe 3 zu bestimmen, wie im zweiten Ansatz. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S65) ein in Fig. 8A gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab. In the fourth approach, the degree of drop in cell voltage is evaluated with threshold values as in the third approach, and in addition the output instruction value is used to determine the speed correction coefficient of the fuel pump 3 , as in the second approach. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S65) interrogates a speed correction map shown in FIG. 8A.

Fig. 8A ist eine Graphik, deren Ordinate Schwellenwerte (von Spannungen) bezeichnet und deren Abszisse Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet. Für jeden Schwellenwert (Schwellenwert 1 bis Schwellenwert 3) wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient durch den Ausgabeanweisungswert (A bis C) eindeutig bestimmt. Fig. 8A is a graph whose ordinate denotes thresholds (voltages) and the abscissa denotes rotational speed correction coefficient. For each threshold (threshold 1 to threshold 3 ), the speed correction coefficient is uniquely determined by the output instruction value (A to C).

Wie in Fig. 8A gezeigt, sind die Ausgabeanweisungswerte A bis C zu Erläuterungszwecke als repräsentative Werte dargestellt, und in einem echten System können die Ausgabeanweisungswerte in weiter unterteilte Schritte gesetzt werden. As shown in FIG. 8A, the output instruction values A through C are shown as representative values for explanatory purposes, and in a real system, the output instruction values can be set in further divided steps.

Wie oben beschrieben wird der Grad des Abfalls in der Zellenspannung mit einer Anzahl von Schwellenwerte evaluiert, und hierdurch kann die Datenmenge, die die ECU speichern muss, reduziert werden. Weil darüber hinaus der vierte Ansatz zusätzlich den Ausgabeanweisungswert benutzt, um den Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu bestimmen, wie in der zweiten Ausführung, kann die Zeit, die es braucht, damit die Ausgangsleistung der Brennstoffzellen den Ausgabeanweisungswert einnimmt, verkürzt werden. As described above, the degree of drop in cell voltage is associated with evaluated a number of thresholds, and thereby the The amount of data that the ECU must store can be reduced. Because beyond that the fourth approach also uses the output instruction value to get the Determine speed correction coefficient as in the second Execution, the time it takes for the output power of the Fuel cells takes the output instruction value can be shortened.

Obwohl sich die obige Beschreibung zu Illustrationszwecken auf drei Schwellenwerte bezieht, die zum Evaluieren des Grads des Abfalls der Zellenspannung verwendet werden, versteht es sich, dass die Anzahl der Schwellenwerte nicht auf drei beschränkt ist. Although the description above is for illustration purposes only three Thresholds related to evaluating the degree of decline in the Cell voltage are used, it is understood that the number of Thresholds are not limited to three.

(5) Fifth approach

Der fünfte Ansatz evaluiert den Grad des Abfalls der Zellenspannung unter Verwendung von Schwellenwerten, wie im dritten Ansatz. Der Unterschied zwischen dem fünften und dem dritten Ansatz liegt in dem Drehzahlkorrekturkennfeld, das abgefragt wird, um Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu erhalten. The fifth approach evaluates the level of cell voltage drop below Using thresholds as in the third approach. The difference between the fifth and the third approach lies in the Speed correction map that is queried in order to obtain speed correction coefficients receive.

In dem fünften Ansatz wird das in Fig. 8B gezeigte Drehzahlkorrekturkennfeld verwendet. Fig. 8B ist eine Graphik, deren Ordinate Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet und deren Abszisse Ausgabeanweisungswerte bezeichnet, die zu dem Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem übermittelt werden. In dieser Graphik sind drei gerade Korrekturkoeffizientenlinien gezeigt, die den in Fig. 7C gezeigten Schwellenwerten (Schwellenwert 1 bis Schwellenwert 3) entsprechen. In the fifth approach, the speed correction map shown in Fig. 8B is used. FIG. 8B is a graph whose ordinate indicates speed correction coefficient and the abscissa indicates output command values, which are transmitted to the fuel circulating fuel cell system. In this graph, three straight correction coefficient lines are shown, which correspond to the threshold values (threshold value 1 to threshold value 3 ) shown in FIG. 7C.

Die ECU 4 bestimmt aus der im Schritt S64 erhaltenen Zellenspannung, welcher Schwellenwert der Zellenspannung entspricht, und wählt eine Linie, die zum Erhalt des Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu verwenden ist, unter den geraden Korrekturkoeffizientenlinien aus. Ferner lokalisiert die ECU 4 einen Drehzahlkorrekturkoeffizienten, der dem in Schritt S61 eingegebenen Ausgabeanweisungswert entspricht, auf der gewählten geraden Korrekturkoeffizientenlinie und liest diesen aus. The ECU 4 determines from the cell voltage obtained in step S64 which threshold value corresponds to the cell voltage and selects a line to be used for obtaining the speed correction coefficient from the straight correction coefficient lines. Further, the ECU 4 locates and reads out a speed correction coefficient corresponding to the output instruction value input in step S61 on the selected straight correction coefficient line.

Wenn die in Schritt S64 gewählte Zellenspannung in einen vorbestimmten Wert fällt, wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient = 1 gewählt. When the cell voltage selected in step S64 is within a predetermined one Value drops, the speed correction coefficient = 1 is selected.

Obwohl sich zu Illustrationszwecken die obige Beschreibung auf drei Schwellenwerte bezieht, die zum Evaluieren des Grads des Abfalls der Zellenspannung verwendet werden, versteht es sich, dass die Anzahl der Schwellenwerte nicht auf drei beschränkt ist. Although the description above is for illustration purposes only three Thresholds related to evaluating the degree of decline in the Cell voltage are used, it is understood that the number of Thresholds are not limited to three.

FOURTH VERSION

Die Vorrichtungskonfiguration der vierten Ausführung des Brennstoffzirkulierenden Brennstoffzellensystems ist identisch mit jener der zweiten Ausführung (wie in Fig. 3 gezeigt), und daher wird eine doppelte Darstellung der Vorrichtungskonfiguration in der Zeichnung weggelassen. Die vierte Ausführung verwendet charakteristischerweise ein Ausgabe gegen Drehzahlkennfeld (wie in Fig. 2B), um die Solldrehzahl der Brennstoffpumpe 3 zu bestimmen, und verwendet eine Änderungsrate der Ausgabeanweisungswerte in Bezug auf die Zeit, die mit einem in der ECU 4 vorhandenen Zeitglied gezählt wird, sodass die ECU 4 die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 steuert/regelt. Die vierte Ausführung entspricht dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung. The device configuration of the fourth embodiment of the fuel circulating fuel cell system is identical to that of the second embodiment (as shown in FIG. 3), and therefore a duplicate illustration of the device configuration is omitted in the drawing. The fourth embodiment characteristically uses a speed map output (as in FIG. 2B) to determine the target speed of the fuel pump 3 , and uses a rate of change of the output instruction values with respect to the time counted with a timer provided in the ECU 4 , so that the ECU 4 controls the speed of the fuel pump 3 . The fourth embodiment corresponds to the sixth aspect of the present invention.

Es wird nun eine Beschreibung eines Steuerflusses der vierten Ausführung in Bezug auf das in Fig. 9 gezeigte Flussdiagramm angegeben. A description will now be given of a control flow of the fourth embodiment with reference to the flowchart shown in FIG. 9.

Wenn ein Beschleunigungs/Verzögerungswert in die ECU 4 eingegeben wird, übermittelt die ECU 4 einen Ausgabeanweisungswert entsprechend dem Beschleunigungs/Verzögerungswert zu dem Brennstoffzellenstapel 1 (S91). In dieser Stufe lokalisiert die ECU 4 eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe (S92) durch Abfrage des Ausgabe gegen Drehzahlkennfelds (wie in Fig. 2B gezeigt) (S93). Anschließend berechnet die ECU 4 eine Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) als Änderungsrate des Ausgabeanweisungswert in Bezug auf die Zeit (S94). When an acceleration / deceleration value in the ECU 4 is inputted, the ECU 4 transmits an output instruction value corresponding to the acceleration / deceleration value to the fuel cell stack 1 (S91). At this stage, the ECU 4 locates a target speed of the fuel pump (S92) by querying the output against the speed map (as shown in FIG. 2B) (S93). Then, the ECU 4 calculates an output increase / decrease rate (dl / dt) as a rate of change of the output instruction value with respect to time (S94).

Die ECU 4 berechnet den Drehzahlkorrekturkoeffizienten, indem sie als Eingabe eine Ausgabezunahme/Abnahmerate allein oder eine Kombination der Ausgabezunahme/Abnahmerate und des Ausgabeanweisungswerts durch die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) verwendet. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine ein Drehzahlkorrekturkennfeld ab, das vorab in der ECU 4 vorgesehen ist (S94). Es gibt verschiedene Ansätze zur Bestimmung des Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine und des Drehzahlkorrekturkennfelds, und eine detaillierte Beschreibung wird später angegeben. The ECU 4 calculates the speed correction coefficient by using an output increase / decrease rate alone or a combination of the output increase / decrease rate and the output instruction value by the speed correction coefficient determination routine (S95). At this stage, the speed correction coefficient determination routine interrogates a speed correction map provided in advance in the ECU 4 (S94). There are various approaches to determining the speed correction coefficient using the speed correction coefficient determination routine and the speed correction map, and a detailed description will be given later.

Als nächstes wird das Produkt der in Schritt S92 erhaltenen Solldrehzahl und des in Schritt S95 erhaltenen Drehzahlkorrekturkoeffizienten berechnet, um einen Drehzahlanweisungswert zu erhalten, der der Brennstoffpumpe 3 gegeben wird (S97). Next, the product of the target speed obtained in step S92 and the speed correction coefficient obtained in step S95 is calculated to obtain a speed instruction value given to the fuel pump 3 (S97).

Anschließend steuert/regelt die ECU 4 die Brennstoffpumpe 3 derart, dass sich die Brennstoffpumpe 3 mit einer Geschwindigkeit dreht, die dem Drehzahlanweisungswert äquivalent ist (S98), und der Prozess endet (S99). Then, the ECU 4 controls the fuel pump 3 so that the fuel pump 3 rotates at a speed equivalent to the speed instruction value (S98), and the process ends (S99).

Die Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) ist eine Änderungsrate des Ausgabeanweisungswerts, die den Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem bezüglich der Zeit gegeben wird. Wenn man als Beispiel ein Brennstoffzellenfahrzeug nimmt, verändert sich die Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) mit dem Niederdrückbetrag des Gaspedals; d. h. ein schnelles Niederdrücken des Gaspedals macht die Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) größer, wohingegen ein langsames Niederdrücken des Gaspedals die Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) kleiner macht. The output increase / decrease rate (dl / dt) is a rate of change of the Output instruction value that is the fuel circulating Fuel cell system is given in terms of time. If you take an example Fuel cell vehicle takes, the changes Output increase / decrease rate (dl / dt) with the accelerator pedal depression amount; d. H. on quickly depressing the accelerator pedal does that Output increase / decrease rate (dl / dt) larger, whereas a slow depression of the Accelerator pedal makes the output increase / decrease rate (dl / dt) smaller.

Es wird nun eine Beschreibung verschiedener Ansätze zur Bestimmung des Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung der Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) und des Drehzahlkorrekturkennfelds (S96) angegeben. A description will now be given of various approaches for determining the Speed correction coefficients using the Speed correction coefficient determination routine (S95) and the speed correction map (S96).

(1) First approach

In dem ersten Ansatz bestimmt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) den Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung der Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) als einzigen Eingabewert. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) ein in Fig. 10A gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab. In the first approach, the speed correction coefficient determination routine (S95) determines the speed correction coefficient using the output increase / decrease rate (dl / dt) as a single input value. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S95) interrogates a speed correction map shown in FIG. 10A.

Fig. 10A ist eine Graphik, deren Ordinate die Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet und deren Abszisse die in Schritt S94 berechneten Ausgabezunahme/Abnahmeraten bezeichnet. Der Drehzahlkorrekturkoeffizient nimmt 1 ein, den Minimalwert, wenn die Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) 0 ist, und der Drehzahlkorrekturkoeffizient nimmt einen größeren Wert ein, wenn der Absolutwert der Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) größer gemacht wird. FIG. 10A is a graph whose ordinate indicates the rotation speed correction coefficient and the abscissa indicates the calculated in step S94 output increase / decrease rate. The speed correction coefficient takes 1, the minimum value when the output increase / decrease rate (dl / dt) is 0, and the speed correction coefficient takes a larger value when the absolute value of the output increase / decrease rate (dl / dt) is made larger.

Unabhängig davon, ob die Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) positiv oder negativ ist, wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient größer, und der Grund hierfür ist, dass unter den Bedingungen sowohl der Beschleunigung als auch Verzögerung in dem Brennstoffzellensystem die Wasserstoffmenge, die in der Brennstoffzirkulationspassage 6 zirkuliert, vorübergehend ungenügend wird, wie in den Fig. 21A und 21B gezeigt. Regardless of whether the output increase / decrease rate (dl / dt) is positive or negative, the speed correction coefficient becomes larger, and the reason for this is that under the conditions of both acceleration and deceleration in the fuel cell system, the amount of hydrogen contained in the fuel circulation passage 6 circulated becomes temporarily insufficient as shown in Figs. 21A and 21B.

Der größere Absolutwert der Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) gibt an, dass das Gaspedal abrupt niedergedrückt wird, und impliziert, dass die Ausgangsleistung der Brennstoffzelle auf Zunahme reguliert werden sollte, um den Ausgabeanweisungswert innerhalb einer kurzen Zeitdauer zu erreichen. Um die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 innerhalb einer kurzen Zeitdauer auf einen vorbestimmten Wert anzuheben, sollte dementsprechend der Drehzahlkorrekturkoeffizient größer gemacht werden. The larger absolute value of the output increase / decrease rate (dl / dt) indicates that the accelerator pedal is depressed abruptly, and implies that the output of the fuel cell should be regulated to increase to achieve the output instruction value within a short period of time. Accordingly, in order to raise the speed of the fuel pump 3 to a predetermined value within a short period of time, the speed correction coefficient should be made larger.

Im Gegensatz hierzu gibt der kleinere Absolutwert der Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) an, dass das Gaspedal langsam niedergedrückt wird, und impliziert, dass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 gemäßigt reguliert werden sollte. Dementsprechend kann der Drehzahlkorrekturkoeffizient kleiner gemacht werden. In contrast, the smaller absolute value of the output increase / decrease rate (dl / dt) indicates that the accelerator pedal is slowly depressed, and implies that the speed of the fuel pump 3 should be regulated moderately. Accordingly, the speed correction coefficient can be made smaller.

(2) Second approach

In dem zweiten Ansatz bestimmt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) den Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung der Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) und des Ausgabeanweisungswerts als Eingangswerte. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) ein in Fig. 10B gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab. In the second approach, the speed correction coefficient determination routine (S95) determines the speed correction coefficient using the output increase / decrease rate (dl / dt) and the output instruction value as input values. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S95) interrogates a speed correction map shown in FIG. 10B.

Fig. 10B ist eine Graphik, deren Ordinate die Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet und deren Abszisse die Ausgabezunahme/Abnahmeraten bezeichnet. In Fig. 10B sind Linien gezeigt, die Korrekturkoeffizienten jeden in Schritt S91 eingegebenen Ausgabeanweisungswert bezeichnen (siehe Fig. 9) und unter einer Anzahl der Linien sind als Beispiel 3 Linien dargestellt, die die Ausgabeanweisungswerte A, B und C haben. Das Konzept der Ausgabeanweisungswerte A, B und C ist identisch mit dem in Fig. 7 gezeigten, und daher wird eine verdoppelte Beschreibung hierin weggelassen. Fig. 10B is a graph whose ordinate denotes the speed correction coefficients and whose abscissa denotes the output increase / decrease rates. In Fig. 10B, lines are shown indicating correction coefficients for each output instruction value input in step S91 (see Fig. 9), and among a number of lines, 3 lines are shown as an example which have the output instruction values A, B and C. The concept of the output instruction values A, B and C is identical to that shown in Fig. 7, and therefore a duplicate description is omitted here.

In dem zweiten Ansatz wählt die ECU 4 eine Linie, die dem in Schritt S91 eingegebenen Ausgabeanweisungswert entspricht, unter den geraden Korrekturkoeffizientenlinien, und bestimmt dann einen Drehzahlkorrekturkoeffizienten, der der gegenwärtigen Ausgabezunahme/Abnahmerate entspricht, auf der gewählten geraden Korrekturkoeffizientenlinie. In the second approach, the ECU 4 selects a line corresponding to the output instruction value input in step S91 among the straight correction coefficient lines, and then determines a speed correction coefficient corresponding to the current output increase / decrease rate on the selected straight correction coefficient line.

Da mit dem zweiten Ansatz der Drehzahlkorrekturkoeffizient unter Berücksichtigung des Ausgabeanweisungswerts bestimmt wird, kann die Brennstoffpumpe 3 derart gesteuert/geregelt werden, dass ihre Drehzahl den Drehzahlanweisungswert rasch einnehmen kann. Since the speed correction coefficient is determined in consideration of the output instruction value with the second approach, the fuel pump 3 can be controlled / regulated in such a way that its speed can quickly take up the speed instruction value.

(3) Third Approach

In dem dritten Ansatz bestimmt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) den Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung einer Ausgabezunahme/Abnahmerate (dl/dt) als einzigen Eingabewert. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) ein in Fig. 10D gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab. In the third approach, the speed correction coefficient determination routine (S95) determines the speed correction coefficient using an output increase / decrease rate (dl / dt) as a single input value. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S95) interrogates a speed correction map shown in Fig. 10D.

Das Merkmal des dritten Ansatzes ist es, den Absolutwert der Ausgabezunahme/Abnahmerate zu berechnen und den Absolutwert stufenartig zu evaluieren. The characteristic of the third approach is the absolute value of the Calculate output increase / decrease rate and gradually increase the absolute value evaluate.

Die Drehzahlkorrekturkoeffizientengraphiken der Fig. 10A und 10B sind im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf eine gerade Linie, welche die Gleichung repräsentiert: Ausgabezunahme/Abnahmeraten = 0. Der Grund hierfür ist, dass die Wasserstoffmenge, die in der Brennstoffzirkulationspassage 6 zirkuliert, in beiden Zuständen von Beschleunigung und Verzögerung vorübergehend abnimmt, was erfordert, dass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 ansteigt. Wie dies sind die Drehzahlkorrekturkoeffizientengraphiken im Wesentlichen symmetrisch in Bezug auf die gerade Linie, welche die Gleichung repräsentiert: Ausgabezunahme/Abnahmerate = 0; daher kann der Drehzahlkorrekturkoeffizient bestimmt werden, indem der Absolutwert der Ausgabezunahme/Abnahmerate berechnet wird (nachfolgend ausgedrückt durch |di/dt|), und der Absolutwert stufenweise evaluiert wird. The speed correction coefficient graphs of Figs 10A and 10B are substantially in respect to a straight line representing the equation symmetric. Edition increase / decrease rate = 0. The reason is that the amount of hydrogen that circulates in the fuel circulation passage 6, in both states of Acceleration and deceleration temporarily decrease, which requires the speed of the fuel pump 3 to increase. Like this, the speed correction coefficient graphics are substantially symmetrical with respect to the straight line that represents the equation: output increase / decrease rate = 0; therefore, the speed correction coefficient can be determined by calculating the absolute value of the output increase / decrease rate (hereinafter expressed by | di / dt |), and evaluating the absolute value step by step.

Die ECU 4 bestimmt, welchem Schwellenwert die in Schritt S94 evaluierte Ausgabezunahme/Abnahmerate entspricht, fragt ein in Fig. 10D gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab und bestimmt den Drehzahlkorrekturkoeffizienten. Die ECU 4 berechnet wiederum das Produkt der Solldrehzahl der Pumpe 3 und des resultierenden Drehzahlkorrekturkoeffizienten zum Erhalt des Drehzahlanweisungswerts, um hierdurch die Brennstoffpumpe zu steuern/zu regeln. The ECU 4 determines which threshold value the output increase / decrease rate evaluated in step S94 corresponds to, queries a speed correction map shown in FIG. 10D, and determines the speed correction coefficient. The ECU 4 in turn calculates the product of the target speed of the pump 3 and the resulting speed correction coefficient to obtain the speed instruction value to thereby control the fuel pump.

Mit dem dritten Ansatz braucht die ECU 4 kein Kennfeld speichern, das eine Beziehung zwischen dem Drehzahlkorrekturkoeffizienten und der Ausgabezunahme/Abnahmerate zeigt, sondern braucht lediglich die Schwellenwerte von |dl/dt| und die ihnen entsprechenden Drehzahlkorrekturkoeffizienten speichern; demzufolge kann die Datenmenge, die die ECU 4 speichern muss, beträchtlich reduziert werden. With the third approach, the ECU 4 does not need to store a map showing a relationship between the speed correction coefficient and the output increase / decrease rate, but only needs the threshold values of | dl / dt | and store the speed correction coefficients corresponding to them; consequently, the amount of data that the ECU 4 must store can be reduced considerably.

Obwohl sich zu Illustrationszwecken die obige Beschreibung des dritten Ansatzes auf drei Schwellenwerte bezieht, die zum Evaluieren des |dl/dt| verwendet werden, versteht es sich, dass die Anzahl der Schwellenwerte nicht auf drei beschränkt ist. Although the above description of the third Approach refers to three thresholds used to evaluate the | dl / dt | used, it is understood that the number of thresholds is not limited to three.

(4) Fourth Approach

In dem vierten Ansatz wird das |dl/dt| durch Schwellenwerte evaluiert, wie in dem dritten Ansatz, und zusätzlich wird der Ausgabeanweisungswert verwendet, um den Drehzahlkorrekturkoeffizienten der Brennstoffpumpe 3 zu bestimmen, wie im zweiten Ansatz. In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S95) ein in Fig. 11A gezeigtes Drehzahlkorrekturkennfeld ab. In the fourth approach, the | dl / dt | evaluated by threshold values as in the third approach, and in addition the output instruction value is used to determine the speed correction coefficient of the fuel pump 3 as in the second approach. At this stage, the speed correction coefficient determination routine (S95) interrogates a speed correction map shown in FIG. 11A.

Fig. 11A ist eine Graphik, deren Ordinate Schwellenwerte von |dl/dt| bezeichnet und deren Abszisse Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet. Für jeden Schwellenwert (Schwellenwert 1 bis Schwellenwert 3) wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient durch den Ausgabeanweisungswert eindeutig bestimmt (A bis C). FIG. 11A is a graph whose ordinate threshold values of | dI / dt | denotes and their abscissa denotes speed correction coefficients. For each threshold (threshold 1 to threshold 3 ), the speed correction coefficient is uniquely determined by the output instruction value (A to C).

Die Ausgabeanweisungswerte A bis C, wie in Fig. 11A gezeigt, sind zu Erläuterungszwecken als repräsentative Werte dargestellt, und in einem echten System können die Ausgabeanweisungswerte in weiter unterteilte Schritte gesetzt werden. The output instruction values A to C, as shown in FIG. 11A, are shown as representative values for illustrative purposes, and in a real system, the output instruction values can be broken down into further divided steps.

Wie oben beschrieben wird das |dl/dt| mit einer Anzahl von Schwellenwerten evaluiert, und hierdurch kann die Datenmenge, die die ECU 4 speichern muss, reduziert werden. Weil darüber hinaus der vierte Ansatz zusätzlich den Ausgabeanweisungswert benutzt, um den Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu bestimmen, wie in dem zweiten Ansatz, kann die Zeit, die die Ausgabe der Brennstoffzellen braucht, um den Ausgabeanweisungswert anzunehmen, verkürzt werden. As described above, this becomes | dl / dt | evaluated with a number of threshold values, and thereby the amount of data that the ECU 4 must store can be reduced. In addition, because the fourth approach additionally uses the output instruction value to determine the speed correction coefficient, as in the second approach, the time it takes for the fuel cells to output the acceptance instruction value can be shortened.

Obwohl sich zu Erläuterungszwecken die obige Beschreibung von Fig. 11A auf drei Schwellenwerte bezieht, die zum Evaluieren von |dl/dt| verwendet werden, versteht es sich, dass die Anzahl der Schwellenwerte nicht auf drei beschränkt ist. Although for purposes of explanation, the above description of Figure 11A relates to three thresholds for evaluating |. Dl / dt | used, it is understood that the number of threshold values is not limited to three.

(5) Fifth approach

Der fünfte Ansatz evaluiert das |dl/dt| unter Verwendung von Schwellenwerten in dem dritten Ansatz. Der Unterschied zwischen dem fünften Ansatz und dem dritten Ansatz liegt in dem Drehzahlkorrekturkennfeld, das abzufragen ist, um die Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu erhalten. The fifth approach evaluates the | dl / dt | under the use of Thresholds in the third approach. The difference between the fifth Approach and the third approach lies in the speed correction map is to be queried in order to obtain the speed correction coefficients.

In dem fünften Ansatz wird das Drehzahlkorrekturkennfeld verwendet, wie es in Fig. 11B gezeigt. Fig. 11B ist eine Graphik, deren Ordinate die Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet und deren Abszisse Ausgabeanweisungswerte bezeichnet, die zu dem Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem übermittelt werden. In der Graphik sind drei gerade Korrekturkoeffizientenlinien gezeigt, die den in Fig. 10C gezeigten Schwellenwerten (Schwellenwert 1 bis Schwellenwert 3) entsprechen. In the fifth approach, the speed correction map is used as shown in Fig. 11B. FIG. 11B is a graph whose ordinate indicates the rotation speed correction coefficient and the abscissa indicates output command values, which are transmitted to the fuel circulating fuel cell system. The graph shows three straight correction coefficient lines that correspond to the threshold values (threshold value 1 to threshold value 3 ) shown in FIG. 10C.

Die ECU 4 bestimmt aus der in Schritt S94 erhaltenen Ausgabezunahme/Abnahmerate, welchem Schwellenwert das |dl/dt| entspricht, und wählt eine der Linien, die zum Erhalt des Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu verwenden ist, unter den geraden Korrekturkoeffizientenlinien aus. Ferner lokalisiert die ECU 4 einen Drehzahlkorrekturkoeffizienten, der dem in Schritt S91 eingegebenen Ausgabeanweisungswert entspricht, für die ausgewählte gerade Korrekturkoeffizientenlinie und liest diese aus. From the output increase / decrease rate obtained in step S94, the ECU 4 determines which threshold value the | dl / dt | and selects one of the lines to be used to obtain the speed correction coefficient from the straight correction coefficient lines. Further, the ECU 4 locates and reads out a speed correction coefficient corresponding to the output instruction value input in step S91 for the selected straight correction coefficient line.

Obwohl sich die obige Beschreibung zu Illustrationszwecken auf drei Schwellenwerte bezieht, die zum Evaluieren von |dl/dt| verwendet werden, versteht es sich, dass die Anzahl der Schwellenwerte nicht auf drei beschränkt ist. Although the description above is for illustration purposes only three Thresholds related to evaluating | dl / dt | be used, it is understood that the number of thresholds is not limited to three is limited.

(6) Sixth Approach

In der dritten Ausführung wird die Zellenspannung des Brennstoffzellenstapels 1 verwendet, um den Drehzahlkorrekturkoeffizienten der Brennstoffpumpe 3 zu bestimmen. Dementsprechend kann die dritte Ausführung die Zustände der Brennstoffzellen auf die Steuerung über die Brennstoffpumpe 3 wiederspiegeln. In the third embodiment, the cell voltage of the fuel cell stack 1 is used to determine the speed correction coefficient of the fuel pump 3 . Accordingly, the third embodiment can reflect the states of the fuel cells on the control via the fuel pump 3 .

Jedoch wird in der vierten Ausführung die dem Brennstoffzellensystem gelieferte Ausgabezunahme/Abnahmerate verwendet, um die Brennstoffpumpe 3 zu steuern, und kann daher die Zustände der Brennstoffzellen (z. B. Zellenspannung) auf die Steuerung über die Brennstoffpumpe 3 nicht wiederspiegeln. Aus diesem Grund verwendet der sechste Ansatz nicht nur die Ausgabezunahme/Abnahmerate zur Bestimmung des Drehzahlkorrekturkoeffizienten der Brennstoffpumpe 3, sondern steuert auch eine Betriebszeit, über die die Brennstoffpumpe 3 eine beschleunigte Drehung durchführt, sodass das Brennstoffzellensystem stabiler betrieben werden kann. Der vorliegende Ansatz entspricht dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung. However, in the fourth embodiment, the output increase / decrease rate supplied to the fuel cell system is used to control the fuel pump 3 , and therefore cannot reflect the states of the fuel cells (e.g., cell voltage) to the control via the fuel pump 3 . For this reason, the sixth approach uses not only the output increase / decrease rate for determining the speed correction coefficient of the fuel pump 3, but also controls an operating time over which the fuel pump 3 performs an accelerated rotation, so that the fuel cell system can be operated stably. The present approach corresponds to the seventh aspect of the present invention.

Hier ist die "beschleunigte Drehung" eine Drehung der Brennstoffpumpe 3, die derart gesteuert ist, dass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 den Drehzahlanweisungswert (= Solldrehzahl × Drehzahlkorrekturkoeffizient) einnimmt, wenn der Drehzahlkorrekturkoeffizient größer als eins ist. Here, the "accelerated rotation" is a rotation of the fuel pump 3 that is controlled so that the speed of the fuel pump 3 takes the speed instruction value (= target speed × speed correction coefficient) when the speed correction coefficient is larger than one.

Ein Steuerfluss des sechsten Ansatzes ist in Fig. 12 gezeigt. A control flow of the sixth approach is shown in FIG. 12.

In dem in Fig. 12 gezeigten Steuerflussdiagramms sind die Schritt S121 bis S127 identisch mit den Schritten S91 bis S97 des in Fig. 9 gezeigten Steuerflusses der vierten Ausführung, und eine doppelte Beschreibung davon wird hierin weggelassen. Es versteht sich, dass ein jeder der vorgenannten ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ansätze angewendet werden kann, um den Drehzahlkorrekturkoeffizienten der Brennstoffpumpe 3 in den Schritten S125 und S126 zu bestimmen. In the control flowchart shown in FIG. 12, steps S121 to S127 are identical to steps S91 to S97 of the control flow shown in FIG. 9 of the fourth embodiment, and a duplicate description thereof is omitted here. It goes without saying that each of the aforementioned first, second, third, fourth and fifth approaches can be used to determine the speed correction coefficient of the fuel pump 3 in steps S125 and S126.

Das Merkmal des sechsten Ansatzes kann in Schritt S128 und den nachfolgenden Schritten ausgedrückt werden. In Schritt S128 bestimmt die ECU 4 die Zeit (den Betriebszeitanweisungswert), über die die Brennstoffpumpe 3 zur Drehung mit einer Drehzahl angetrieben wird, die dem in Schritt S127 bestimmten Drehzahlanweisungswert entspricht. Hierbei fragt eine Betriebszeitbestimmungroutine (S128) ein Betriebszeitkennfeld ab (S129). The feature of the sixth approach can be expressed in step S128 and subsequent steps. In step S128, the ECU 4 determines the time (the operation time instruction value) over which the fuel pump 3 is driven to rotate at a speed corresponding to the speed instruction value determined in step S127. Here, an operating time determination routine (S128) queries an operating time map (S129).

Ein Beispiel des Betriebszeitkennfelds ist in Fig. 13 gezeigt. Fig. 13 ist eine Graphik, deren Ordinate die Betriebszeitanweisungswerte angibt, um die Betriebszeit anzugeben, über die Brennstoffpumpe 3 zur Drehung mit einer Drehzahl angetrieben wird, die dem Drehzahlanweisungswert entspricht, und die Abszisse bezeichnet Ausgabezunahme/Abnahmeraten. In Fig. 13 sind als Beispiel drei Linien für die Ausgabeanweisungswerte A bis C eingezeichnet. In Fig. 13 wird, wenn der Ausgabeanweisungswert größer ist und der Absolutwert der Ausgabezunahme/Abnahmerate größer ist, der Betriebszeitanweisungswert größer, d. h. die Zeit der beschleunigten Drehung der Brennstoffpumpe 3 wird länger. An example of the operating time map is shown in FIG. 13. Fig. 13 is a graph whose ordinate indicates the operation time of instruction values to the operating time indicated, is driven by the fuel pump 3 to rotate at a speed corresponding to the speed instruction value, and the abscissa indicates output increase / decrease rate. In Fig. 13, three lines for the output instruction values A to C are shown as an example. In Fig. 13, when the output instruction value is larger and the absolute value of the output increase / decrease rate is larger, the operation time instruction value becomes larger, that is, the time of accelerated rotation of the fuel pump 3 becomes longer.

Die ECU 4 fragt das Betriebszeitkennfeld ab und bestimmt den Betriebszeitanweisungswert entsprechend der Zeit, für die die Brennstoffzelle 3 eine beschleunigte Drehung durchführt. The ECU 4 queries the operating time map and determines the operating time instruction value in accordance with the time for which the fuel cell 3 performs an accelerated rotation.

Gemäß dem so bestimmten Betriebszeitanweisungswert und dem Drehzahlanweisungswert wird die Brennstoffpumpe 3 innerhalb der Betriebszeit gesteuert/geregelt (S131). According to the operating time instruction value and the speed instruction value thus determined, the fuel pump 3 is controlled within the operating time (S131).

Nachdem die Zeit, die durch den Betriebszeitanweisungswert spezifiziert ist, abgelaufen ist, dreht sich die Brennstoffpumpe 3 mit der Solldrehzahl, die in Schritt S122 bestimmt ist. After the time specified by the operation time instruction value has passed, the fuel pump 3 rotates at the target speed determined in step S122.

Wie oben beschrieben, wird mit dem sechsten Ansatz die Steuerung auch über die Betriebszeit ausgeübt, über die die Brennstoffpumpe eine durch den Drehzahlkorrekturkoeffizienten zu bestimmende beschleunigte Drehung durchführt; daher kann das Brennstoffzellensystem stabiler betrieben werden. As described above, with the sixth approach, control becomes too exercised over the operating time over which the fuel pump runs through accelerated rotation to be determined the speed correction coefficient performs; therefore, the fuel cell system can operate more stably become.

FIFTH VERSION

Fig. 14 ist ein Diagramm, das eine fünfte Ausführung des Brennstoffzirkulierenden Brennstoffzellensystems nach der vorliegenden Erfindung darstellt. Die fünfte Ausführung benutzt ein Zirkulationssystem, das eine Brennstoffpumpe und einen Ejektor als Brennstoffbeschickungsvorrichtung verwendet, und entspricht der zweiten, dritten, vierten und fünften Aspekten der vorliegenden Erfindung. Fig. 14 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the Brennstoffzirkulierenden fuel cell system according to the present invention. The fifth embodiment uses a circulation system using a fuel pump and an ejector as a fuel supply device, and corresponds to the second, third, fourth and fifth aspects of the present invention.

Die Vorrichtungskonfiguration der fünften Ausführung ist identisch mit jener der zweiten Ausführung (siehe Fig. 3), außer, dass ein Befeuchter 11 in einer Brennstoffzirkulationspassage 6a vorgesehen ist und ein Taupunktdetektor 12 zum Messen eines Taupunkts des zirkulierenden Wasserstoffs direkt stromauf eines Brennstoffzellenstapels 1 in der Brennstoffzirkulationspassage 6a vorgesehen ist, sodass die ECU 4 den Taupunkt überwacht. The device configuration of the fifth embodiment is identical to that of the second embodiment (see FIG. 3), except that a humidifier 11 is provided in a fuel circulation passage 6 a and a dew point detector 12 for measuring a dew point of the circulating hydrogen directly upstream of a fuel cell stack 1 in the Fuel circulation passage 6 a is provided so that the ECU 4 monitors the dew point.

In dem Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem muss dem Brennstoffzellenstapel 1 Wasserstoff zugeführt werden, der eine vorbestimmte Feuchtigkeitsmenge enthält; zu diesem Zweck ist die Brennstoffzirkulationspassage 6a mit einem Befeuchter 11 ausgestattet. Wenn jedoch dem Brennstoffzellensystem eine abrupte Beschleunigungsanweisung übermittelt wird, entspricht die in dem Befeuchter 11 erzeugte Feuchtigkeitsmenge in einigen Fällen vorübergehend nicht der erforderlichen Menge. Unter anderen Umständen kommt es zu einem vorübergehenden Mangel der in der Brennstoffzirkulationspassage zirkulierenden Wasserstoffmenge, wenn unter den Bedingungen keiner Steuerung über die Wasserstoffzirkuliermenge eine abrupte Beschleunigungs/Verzögerungsanweisung zu dem Brennstoffzellensystem übermittelt wird (siehe Fig. 21). Wenn der Betrieb des Befeuchters beschleunigt wird, um eine vergrößerte Feuchtigkeitsmenge zu erzeugen, kann in diesen Situationen die von dem Brennstoffzellenstapel 1 benötigte Feuchtigkeitsmenge nicht bereitgestellt werden, weil die Zirkulationsrate des Wasserstoffs, der die Feuchtigkeit mitführt, reduziert ist. In the fuel circulating fuel cell system, hydrogen must be supplied to the fuel cell stack 1 , which contains a predetermined amount of moisture; For this purpose, the fuel circulation passage 6 a is equipped with a humidifier 11 . However, when an abrupt acceleration instruction is given to the fuel cell system, the amount of moisture generated in the humidifier 11 temporarily does not correspond to the required amount in some cases. In other circumstances, there is a temporary shortage of the amount of hydrogen circulating in the fuel circulation passage if an abrupt acceleration / deceleration instruction is not sent to the fuel cell system under the conditions of no control over the hydrogen circulation amount (see Fig. 21). In these situations, if the operation of the humidifier is accelerated to generate an increased amount of moisture, the amount of moisture required by the fuel cell stack 1 cannot be provided because the circulation rate of the hydrogen that carries the moisture is reduced.

Mittlerweile enthält Wasserstoff, das von dem Brennstoffzellenstapel 1 abgeführt wird, in dem Brennstoffzellenstapel 1 erzeugtes Wasser und Kondenswasser, und ist daher immer mit Feuchtigkeit gesättigt. Bei einer abrupten Beschleunigung/Verzögerung des Brennstoffzellensystems macht es daher eine Zunahme der Zirkulationsrate von Wasserstoff in der Brennstoffzirkulationspassage 6 und Zirkulation des mit Feuchtigkeit gesättigten Wasserstoffs, das von dem Brennstoffzellensystem in die Brennstoffzirkulationspassage 6a abgeführt wird, möglich, die von dem Brennstoffzellensystem benötigte Feuchtigkeit zu zirkulieren. Darüber hinaus kann in einem Fall, wo der Befeuchter 11 Feuchtigkeit von dem zirkulierenden Brennstoffstrom entnimmt, ein vorübergehendes Feuchtigkeitsdefizit abgedeckt werden. In the meantime, hydrogen that is discharged from the fuel cell stack 1 contains water and condensed water generated in the fuel cell stack 1 , and is therefore always saturated with moisture. With an abrupt acceleration / deceleration of the fuel cell system, therefore, an increase in the circulation rate of hydrogen in the fuel circulation passage 6 and circulation of the hydrogen-saturated hydrogen discharged from the fuel cell system into the fuel circulation passage 6 a makes it possible to add the moisture required by the fuel cell system circulate. In addition, in a case where the humidifier 11 draws moisture from the circulating fuel stream, a temporary moisture deficit can be covered.

Kurz gesagt, die fünfte Ausführung exemplifiziert ein Brennstoff-zirkulierendes Brennstoffzellensystem, das Taupunkte von Wasserstoff in den Brennstoffzellen überwacht, sodass die Mengen von Wasserstoff und Feuchtigkeit, die in der Brennstoffzirkulationspassage 6 zirkulieren, auch dann sichergestellt werden können, wenn eine abrupte Beschleunigungs/Verzögerungsanweisung zu dem Brennstoffzellensystem übermittelt wird. In short, the fifth embodiment exemplifies a fuel circulating fuel cell system that monitors dew points of hydrogen in the fuel cells so that the amounts of hydrogen and moisture circulating in the fuel circulation passage 6 can be ensured even when an abrupt acceleration / deceleration instruction is given is transmitted to the fuel cell system.

Ein Steuerfluss der fünften Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems ist in Fig. 15 gezeigt. A control flow of the fifth embodiment of the fuel circulating fuel cell system is shown in FIG. 15.

Wenn eine Ausgabeanweisung zu dem Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem übermittelt wird (S151), fragt die ECU 4 das Ausgabe gegen Drehzahlkennfeld ab (siehe Fig. 2B) (S153) und bestimmt eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe 3 (S152). Anschließend misst die ECU 4 einen Taupunkt von Wasserstoff mit einem Taupunktdetektor 12, der direkt stromauf des Brennstoffzellenstapels 1 in der Brennstoffzirkulationspassage 6a angeordnet ist (S154). When an output instruction is sent to the fuel circulating fuel cell system (S151), the ECU 4 queries the output against the speed map (see FIG. 2B) (S153) and determines a target speed of the fuel pump 3 (S152). Then the ECU 4 measures a dew point of hydrogen with a dew point detector 12 which is arranged directly upstream of the fuel cell stack 1 in the fuel circulation passage 6 a (S154).

Die ECU 4 berechnet einen Drehzahlkorrekturkoeffizienten unter Verwendung des Taupunkts von Wasserstoff, gemessen in Schritt S154, durch die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S155). In dieser Stufe fragt die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine ein Drehzahlkorrekturkennfeld ab (wie in Fig. 16 gezeigt), das vorab in der ECU 4 vorgesehen ist (S156). The ECU 4 calculates a speed correction coefficient using the dew point of hydrogen measured in step S154 by the speed correction coefficient determination routine (S155). At this stage, the speed correction coefficient determination routine interrogates a speed correction map (as shown in FIG. 16) provided in advance in the ECU 4 (S156).

Fig. 16 ist eine Graphik, deren Ordinate die Drehzahlkorrekturkoeffizienten bezeichnet und der Abszisse Taupunkte von Wasserstoff bezeichnet. Wenn der Taupunkt von Wasserstoff, der mit dem Taupunktdetektor 12 gemessen wird, zu niedrig ist, wird der Drehzahlkorrekturkoeffizient erhöht, sodass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 erhöht wird, um die Zirkulationsrate des Wasserstoffs zu erhöhen, der mit Feuchtigkeit gesättigt ist und von dem Brennstoffzellenstapel 1 abgeführt wird. Fig. 16 is a graph whose ordinate denotes the speed correction coefficient and the abscissa denotes dew point of hydrogen. If the dew point of hydrogen measured by the dew point detector 12 is too low, the speed correction coefficient is increased so that the speed of the fuel pump 3 is increased to increase the circulation rate of the hydrogen saturated with moisture and from the fuel cell stack 1 is dissipated.

Anschließend wird das Produkt der in Schritt S152 erhaltenen Solldrehzahl und des in Schritt S155 erhaltenen Drehzahlkorrekturkoeffizienten berechnet, um einen Drehzahlanweisungswert zu bekommen, der der Brennstoffpumpe 3 übermittelt wird (S157). Then, the product of the target speed obtained in step S152 and the speed correction coefficient obtained in step S155 is calculated to obtain a speed instruction value that is transmitted to the fuel pump 3 (S157).

Als nächstes steuert/regelt die ECU 4 die Brennstoffpumpe 3 derart, dass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 eine Drehzahl einnimmt, die dem Drehzahlanweisungswert entspricht (S158), und der Prozess endet (S159). Next, the ECU 4 controls the fuel pump 3 so that the speed of the fuel pump 3 takes a speed corresponding to the speed instruction value (S158), and the process ends (S159).

Obwohl in der vorliegenden Ausführung ein in der Brennstoffzirkulationspassage 6a angeordneter Taupunktdetektor 12 verwendet wird, um einen Taupunkt von Wasserstoff zu erfassen, kann statt des Taupunktdetektors 12 auch ein Thermometer verwendet werden, um die Steuerung der vorliegenden Ausführung auszuführen, in Abhängigkeit von bestimmten Systemen, z. B. in Fällen, wo die Wasserstoffausgabe von dem Befeuchter 11 mit Feuchtigkeit gesättigt ist. Although a dew point detector 12 arranged in the fuel circulation passage 6 a is used in the present embodiment to detect a dew point of hydrogen, a thermometer can also be used instead of the dew point detector 12 to carry out the control of the present embodiment, depending on certain systems, z. B. in cases where the hydrogen output from the humidifier 11 is saturated with moisture.

Es versteht sich, dass der obige Prozess der Bestimmung eines Drehzahlkorrekturkoeffizienten mit einem Taupunkt unter Berücksichtigung des Ausgabeanweisungswerts und/oder Evaluieren des Taupunkts mittels Schwellenwerten ausgeführt werden kann, wie in der dritten Ausführung bzw. der vierten Ausführung beschrieben, und/oder durch irgendwelche anderen Ansätze. It is understood that the above process of determining a Speed correction coefficient with a dew point taking into account the Output instruction value and / or evaluating the dew point using Thresholds can be run as in the third run or the fourth embodiment, and / or by any other approaches.

SECHSTE AUSFÜHRUNGSIXTH VERSION

Eine sechste Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems ist in Fig. 17 gezeigt. Dies Ausführung entspricht dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung. A sixth embodiment of the fuel circulating fuel cell system is shown in FIG. 17. This embodiment corresponds to the eighth aspect of the present invention.

Das Merkmal der Vorrichtungskonfiguration der sechsten Ausführung ist, dass ein Bypass 13 zum Umgehen einer Brennstoffpumpe 3 in einer Brennstoffzirkulationspassage 6 vorgesehen ist, und dass in dem Bypass 13 ein Bypassventil 14 vorgesehen ist, das in der Lage ist, unter der Steuerung einer ECU 4 zu öffnen und zu schließen. Andere Elemente, die in der sechsten Ausführung vorgesehen sind, sind äquivalent jenen der dritten Ausführung (Fig. 5). The feature of the device configuration of the sixth embodiment is that a bypass 13 is provided for bypassing a fuel pump 3 in a fuel circulation passage 6 , and in the bypass 13 is provided a bypass valve 14 capable of being under the control of an ECU 4 open and close. Other elements provided in the sixth embodiment are equivalent to those in the third embodiment ( Fig. 5).

Wenn in der sechsten Ausführung das Brennstoffzellensystem in einem normalen Betriebszustand ist, wird der Betrieb der Brennstoffpumpe 3 gestoppt oder in einen Niederleistungszustand in Wartestellung gehalten (leerlaufen gelassen), und das Bypassventil 14 wird geöffnet, um zu erlauben, dass der Wasserstoff die Brennstoffpumpe 3 umgeht und zu einem Ejektor 5 gelangt. Der Wasserstoff, der von dem Ejektor 5 ein Zirkulationsmoment bekommen hat, wird durch die Brennstoffzirkulationspassage 6 zirkuliert. In the sixth embodiment, when the fuel cell system is in a normal operating state, the operation of the fuel pump 3 is stopped or held in a low-power state (idled), and the bypass valve 14 is opened to allow the hydrogen to bypass the fuel pump 3 and arrives at an ejector 5 . The hydrogen that has received a circulation moment from the ejector 5 is circulated through the fuel circulation passage 6 .

Wenn eine abrupte Beschleunigung/Verzögerungsanweisung zu dem Brennstoffzellensystem übermittelt wird, oder eine Zustandsgröße (z. B. eine Zellenspannung etc.) des Brennstoffzellensystems unter einen vorbestimmten Bereich abfällt, schließt die ECU 4, die diese Zustände überwacht, das Bypassventil 14 und lässt die Brennstoffpumpe 3 mit einer vorbestimmten Drehzahl drehen, um hierdurch die Zirkulationsrate von Wasserstoff in der Brennstoffzirkulationspassage 6 zu erhöhen, um auf eine Ausgabeanweisung anzusprechen und die Zustandsgröße der Brennstoffzelle auf den vorbestimmten Bereich zurückzubringen. When an abrupt acceleration / deceleration instruction is transmitted to the fuel cell system, or a state quantity (e.g., a cell voltage, etc.) of the fuel cell system falls below a predetermined range, the ECU 4 , which monitors these states, closes the bypass valve 14 and leaves the fuel pump 3 rotate at a predetermined speed, thereby increasing the circulation rate of hydrogen in the fuel circulation passage 6 to respond to an output instruction and return the state quantity of the fuel cell to the predetermined range.

Obwohl in der sechsten Ausführung die Zellenspannung als Zustandsgröße der Brennstoffzelle verwendet wird, kann stattdessen auch ein Taupunkt von Wasserstoff o. dgl. evaluiert werden. Although in the sixth version the cell voltage as a state variable the fuel cell is used, a dew point can also be used instead of hydrogen or the like.

Ein Steuerfluss der sechsten Ausführung wird in Bezug auf Fig. 18 beschrieben. A control flow of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. 18.

Zuerst wird eine Zellenspannung mit einem Voltmeter 10 gemessen, das in dem Brennstoffzellenstapel 1 vorgesehen ist (S181). Anschließend wird bestimmt, ob die Zellenspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (S182), und falls bestimmt wird, dass die Zellenspannung in den vorbestimmten Bereich fällt (JA), dann wird eine Ventilöffnungsanweisung zu dem Bypassventil (14) übermittelt (S183), und der Betrieb der Brennstoffpumpe 3 wird gestoppt (S184). Wenn jedoch in Schritt S182 bestimmt wird, dass die Zellenspannung unter dem vorbestimmten Bereich liegt, dann wird das Bypassventil 14 geschlossen, und es wird ein Prozess zum Drehen der Brennstoffpumpe 3 mit einer vorbestimmten Drehzahl ausgeführt (S185 bis S194). First, a cell voltage is measured with a voltmeter 10 provided in the fuel cell stack 1 (S181). Subsequently, it is determined whether the cell voltage is within a predetermined range (S182), and if it is determined that the cell voltage falls within the predetermined range (YES), a valve opening instruction is sent to the bypass valve ( 14 ) (S183), and that Operation of the fuel pump 3 is stopped (S184). However, if it is determined in step S182 that the cell voltage is below the predetermined range, the bypass valve 14 is closed, and a process for rotating the fuel pump 3 at a predetermined speed is carried out (S185 to S194).

Damit sich die Brennstoffpumpe 3 mit einer vorbestimmten Drehzahl dreht, wird zuerst in Schritt S185 bestimmt, ob eine Ausgabeanweisung, wie etwa eine Beschleunigungs/Verzögerungsanweisung, an das Brennstoffzellensystem ausgegeben wird. Wenn bestimmt wird, dass die Ausgabeanweisung gegeben wird (JA), wird in Schritt S187 eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe gemäß dem Ausgabeanweisungswert bestimmt. In order for the fuel pump 3 to rotate at a predetermined speed, it is first determined in step S185 whether an output instruction such as an acceleration / deceleration instruction is output to the fuel cell system. If it is determined that the output instruction is given (YES), a target speed of the fuel pump is determined in accordance with the output instruction value in step S187.

Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Ausgabeanweisung nicht gegeben wird, dann wird der Ausgabeanweisungswert auf die gegenwärtige Ausgabe des Brennstoffzellensystems gesetzt (S186), weil die Solldrehzahl der Brennstoffpumpe 3 in Schritt S187 nicht bestimmt werden kann. On the other hand, if it is determined that the output instruction is not given, then the output instruction value is set to the current output of the fuel cell system (S186) because the target speed of the fuel pump 3 cannot be determined in step S187.

Anschließend wird das Ausgabe gegen Drehzahlkennfeld (Fig. 2B) abgefragt (S189), und wird die Solldrehzahl der Brennstoffpumpe 3, die dem Ausgabeanweisungswert entspricht, bestimmt. Subsequently, the output against speed map ( FIG. 2B) is queried (S189), and the target speed of the fuel pump 3 , which corresponds to the output instruction value, is determined.

Weiter wird auf der Basis der in Schritt S181 gemessenen Zellenspannung das Drehzahlkorrekturkennfeld, wie z. B. in Fig. 7A, 7B, 7C oder 8A gezeigt, abgefragt (S191), und hierdurch erhält die Drehzahlkorrekturkoeffizientenbestimmungsroutine (S190) einen Drehzahlkorrekturkoeffizient, der einen Extrabetrag einer beschleunigten Drehung der Brennstoffpumpe 3 anzeigt. Furthermore, based on the cell voltage measured in step S181, the speed correction map, such as. As in Fig. 7A, 7B, 7C or 8A checked (S191), and thereby the rotational speed correction coefficient determination routine (S190) receives a speed correction coefficient indicating an extra amount of accelerated rotation of the fuel pump 3.

Danach wird das Produkt der Solldrehzahl und des Drehzahlkorrekturkoeffizienten berechnet, um den Drehzahlanweisungswert zu erhalten (S192), und wird das Bypassventil 14 geöffnet, damit Wasserstoff in die Brennstoffpumpe 3 fließen kann, die zur Drehung mit einer Drehzahl reguliert wird, die dem in Schritt S192 berechneten Drehzahlanweisungswert entspricht (S194). Dann geht der Steuerprozess zu Schritt S181 zurück, und die Zellenspannung wird erneut evaluiert. Thereafter, the product of the target speed and the speed correction coefficient is calculated to obtain the speed instruction value (S192), and the bypass valve 14 is opened to allow hydrogen to flow into the fuel pump 3 , which is regulated to rotate at a speed that is equal to that in step S192 calculated speed instruction value corresponds to (S194). Then, the control process goes back to step S181, and the cell voltage is evaluated again.

Eine genauere Beschreibung eines Steuervorgangs der sechsten Ausführung des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems wird in Bezug auf Fig. 19 angegeben. A more detailed description of a control operation of the sixth embodiment of the fuel circulating fuel cell system is given with reference to FIG. 19.

Fig. 19 ist ein Zeitdiagramm, das sowohl Übergangs-Zellenspannungen des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems gemäß der sechsten Ausführung als auch Übergangs-Zirkulationsraten von Wasserstoff in dem System zeigt. FIG. 19 is a timing chart showing both transition cell voltages of the fuel circulating fuel cell system according to the sixth embodiment and transition circulation rates of hydrogen in the system.

Man nehme an, dass die Zellenspannung der Brennstoffzellen in einen vorbestimmten Bereich bis zu der Zeit fällt, die mit dem Punkt A angegeben ist. Während dieser Zeitdauer wird in dem Brennstoffzellensystem in Fig. 17 die Brennstoffpumpe 3 gestoppt oder ausgesetzt (z. B. leerlaufen gelassen), wird das Bypassventil geöffnet und wird Wasserstoff in der Brennstoffzirkulationspassage 6 zirkuliert, wobei nur der Ejektor 5 benutzt wird. Wenn am Punkt A die Zellenspannung unter den Schwellenwert 1 fällt, z. B. durch den Einfluss von Kondenswasser in dem Brennstoffzellenstapel 1, dann schließt die ECU 4, dem Steuerfluss von Fig. 18 folgend, das Bypassventil 14 und gibt der Brennstoffpumpe 3 eine Anweisung, mit einer Drehzahl zu drehen, die dem in Schritt S192 berechneten Drehzahlanweisungswert entspricht, sodass die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 zunimmt. Wenn die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 zunimmt, nimmt die Wasserstoffmenge, die in der Brennstoffzirkulationspassage 6 zirkuliert, zu. Assume that the cell voltage of the fuel cells falls in a predetermined range up to the time indicated by the point A. During this period, in the fuel cell system in Fig. 17, the fuel pump 3 is stopped or suspended (e.g., idled), the bypass valve is opened, and hydrogen is circulated in the fuel circulation passage 6 using only the ejector 5 . If at point A the cell voltage falls below the threshold 1 , e.g. By the influence of condensed water in the fuel cell stack 1 , the ECU 4 closes the bypass valve 14 following the control flow of FIG. 18 and instructs the fuel pump 3 to rotate at a speed corresponding to the speed instruction value calculated in step S192 corresponds so that the speed of the fuel pump 3 increases. When the speed of the fuel pump 3 increases, the amount of hydrogen circulating in the fuel circulation passage 6 increases.

In dieser Ausführung nehme man jedoch an, dass die Brennstoffzellenspannung der Brennstoffzellen nicht auf einen Wert innerhalb des vorbestimmten Bereichs zurückgebracht wird und am Punkt B weit unter den Schwellenwert 2 abfällt. Dann erhöht die ECU 4 die Drehzahl der Brennstoffpumpe 3 entsprechend dem in Fig. 18 gezeigten Steuerfluss weiter, um die Wasserstoffmenge, die in dem System zirkuliert, weiter zu erhöhen. Wenn danach die Zellenspannung in den vorbestimmten Bereich zurückgebracht ist, während des Durchgangs durch Punkt C und Punkt D, öffnet die ECU 4 das Bypassventil 14, stoppt die Brennstoffpumpe 3 oder setzt diese aus und startet erneut die Wasserstoffzirkulation mit nur dem Ejektor 5. In this embodiment, however, it is assumed that the fuel cell voltage of the fuel cells is not brought back to a value within the predetermined range and drops far below the threshold value 2 at point B. Then, the ECU 4 further increases the speed of the fuel pump 3 according to the control flow shown in FIG. 18 to further increase the amount of hydrogen circulating in the system. Thereafter, when the cell voltage is returned to the predetermined range while passing through point C and point D, the ECU 4 opens the bypass valve 14 , stops or stops the fuel pump 3 , and starts the hydrogen circulation again with only the ejector 5 .

Wenn wie oben beschrieben in der sechsten Ausführung die Zustandsgröße der Brennstoffzellen, wie etwa die Zellenspannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet, oder wenn eine Ausgabeanweisung gegeben wird, wird die Brennstoffpumpe 3 angetrieben, um die Zirkulationsrate von Wasserstoff in der Brennstoffzirkulationspassage 6 zu erhöhen, und andernfalls wird die Brennstoffpumpe 3 gestoppt oder leerlaufen gelassen. Daher braucht die Pumpe nicht jederzeit betrieben werden, und somit kann eine verbesserte Energie-Wirtschaftlichkeit erreicht werden. As described above, in the sixth embodiment, when the state quantity of the fuel cells such as the cell voltage falls below a predetermined value or when an output instruction is given, the fuel pump 3 is driven to increase the circulation rate of hydrogen in the fuel circulation passage 6 , and otherwise the fuel pump 3 stopped or left idling. Therefore, the pump does not have to be operated at all times, and thus an improved energy efficiency can be achieved.

Wenn darüber hinaus, unabhängig von der Anordnung des Bypasses und des Bypassventils der sechsten Ausführung, die Zustandsgröße des Brennstoffzellenstapels 1 in einen vorbestimmten Bereich fällt und von dem System benötigter Wasserstoff nur mit dem Ejektor zirkuliert werden kann, kann die Brennstoffpumpe 3 in der Brennstoffzirkulationspassage 6gestoppt oder leerlaufen gelassen werden, sodass die Energieeffizienz des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffsystems verbessert werden kann. In addition, if, regardless of the arrangement of the bypass and the bypass valve of the sixth embodiment, the state quantity of the fuel cell stack 1 falls within a predetermined range and hydrogen required by the system can only be circulated with the ejector, the fuel pump 3 in the fuel circulation passage 6 can be stopped or left idle so that the energy efficiency of the fuel circulating fuel system can be improved.

Obwohl oben die bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, können zahlreiche Modifikationen und Veränderungen in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, ohne von dem Geist und Umfang davon abzuweichen. Obwohl z. B. in jeder Ausführung ein einziger Ejektor als Brennstoffbeschickungsvorrichtung vorgesehen ist, können stattdessen auch mehrere Ejektoren vorgesehen sein. Although the preferred embodiments of the present invention are above Numerous modifications and changes can be described be made in the present invention without the spirit and deviate from it. Although e.g. B. in each version only ejector is provided as a fuel feed device, instead, several ejectors can also be provided.

Die vorliegende Erfindung ist wie oben aufgebaut und erzielt besondere vorteilhafte Wirkungen wie folgt. The present invention is constructed as above and achieves particular ones beneficial effects as follows.

Gemäß dem vorher erwähnten ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung reguliert die Brennstoffbeschickungsvorrichtung die Brennstoffmenge, die in der Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert, in Antwort auf einen Ausgabeanweisungswert, der zu den Brennstoffzellen übermittelt wird, und somit kann verhindert werden, dass die zu den Brennstoffzellen zirkulierten Brennstoffmenge zu spärlich wird, auch wenn eine abrupte Beschleunigung/Verzögerungsanweisung zu den Brennstoffzellen übermittelt wird. According to the aforementioned first aspect of the present invention the fuel supply device regulates the amount of fuel that circulated in the fuel circulation passage in response to one Output instruction value communicated to the fuel cells and thus, the circulated to the fuel cells can be prevented Amount of fuel becomes too sparse, even if an abrupt one Acceleration / deceleration instruction is transmitted to the fuel cells.

Zusätzlich wird die Brennstoffpumpe, die von einer außen liegenden Quelle angetrieben wird, als Brennstoffbeschickungsvorrichtung unter der Steuerung des Brennstoffzellensteuergeräts allein oder in Kombination mit dem Ejektor verwendet, der ein Zirkulationsmoment von Brennstoff erzeugt, das durch den Druck in dem Hochdruckbrennstofftank erzeugt wird. Auch wenn daher eine abrupte Beschleunigung/Verzögerungsanweisung, auf die der Ejektor allein nicht reagieren kann, zu den Brennstoffzellen übermittelt wird, kann die von den Brennstoffzellen benötigte Brennstoffmenge in der Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert werden, indem die Drehzahl der Brennstoffpumpe erhöht wird. In addition, the fuel pump comes from an outside source is driven as a fuel feeder under the Control of the fuel cell control unit alone or in combination with the Used ejector that generates a moment of circulation of fuel that is generated by the pressure in the high pressure fuel tank. Also therefore if there is an abrupt acceleration / deceleration instruction to which the ejector alone cannot respond to the fuel cells is, the amount of fuel required by the fuel cells in the Fuel circulation passage are circulated by the speed of the Fuel pump is increased.

Gemäß dem vorher erwähnten zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Brennstoffzellensteuergerät die Fähigkeit, die Zustandsgröße der Brennstoffzellen zu überwachen, und kann somit die Zellenspannung der Brennstoffzellen, einen Taupunkt des Brennstoffs o. dgl. überwachen, um erfasste Information auf die Brennstoffmenge wiederzuspiegeln, die in der Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert wird. According to the aforementioned second aspect of the present invention the fuel cell control unit has the ability to determine the state quantity of the To monitor fuel cells, and thus the cell voltage To monitor fuel cells, a dew point of the fuel or the like reflected information to reflect the amount of fuel in the Fuel circulation passage is circulated.

Gemäß dem vorher erwähnten dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt das Brennstoffzellensteuergerät eine Solldrehzahl der Brennstoffpumpe auf der Basis eines Ausgabeanweisungswerts und kann somit eine Verzögerung bei der Regulation der Zirkulationsrate von Brennstoff vermeiden, anders als in dem Fall, wo die Drehzahl der Brennstoffpumpe auf der Basis der Ausgabe der Brennstoffzellen reguliert wird. According to the aforementioned third aspect of the present invention the fuel cell control unit determines a target speed of Fuel pump based on an output instruction value and can therefore be a Delay in regulating the circulation rate of fuel avoid, unlike in the case where the speed of the fuel pump is on the basis of the output of the fuel cells is regulated.

Gemäß dem vorher erwähnten vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung reguliert das Brennstoffzellensteuergerät die Zirkulationsrate des Brennstoffs unter Berücksichtigung einer Zustandsgröße (z. B. einer Zellenspannung, einem Taupunkt des Brennstoffs etc.), und kann die Zirkulationsrate des Brennstoffs erhöhen, wenn die Zustandsgröße aus einem vorbestimmten Bereich herausführt, sodass die Zirkulationsrate des Brennstoffs, die durch den Ausgabeanweisungswert angezeigt wird, abgesichert werden kann, wenn die Zustandsgröße wieder hergestellt ist. According to the aforementioned fourth aspect of the present invention the fuel cell control unit regulates the circulation rate of the Fuel taking into account a state variable (e.g. one Cell voltage, a dew point of the fuel etc.), and the circulation rate increase the fuel if the state variable from a leads out predetermined range, so that the circulation rate of the fuel that is indicated by the output instruction value can, when the state variable is restored.

Gemäß dem vorher erwähnten fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine Zellenspannung und/der ein Taupunkt des Brennstoffs am Einlass der Brennstoffzelle als die Zustandsgröße der Brennstoffzellen verwendet, und somit kann die Zirkulationsrate des Brennstoffs mit den Zuständen der Brennstoffzellen reguliert werden, die von der Zustandsgröße her angegeben werden. According to the aforementioned fifth aspect of the present invention a cell voltage and / or a dew point of the fuel at Inlet of the fuel cell as the state quantity of the fuel cells used, and thus the circulation rate of the fuel with the States of the fuel cells are regulated by the State variable can be specified here.

Gemäß dem vorher erwähnten sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung reguliert das Brennstoffzellensteuergerät die Zirkulationsrate des Brennstoffs unter Berücksichtigung einer Ausgabezunahme/Abnahmerate und kann somit die Drehung der Brennstoffzelle gemäß der Ausgabezunahme/Abnahmerate beschleunigen, sodass die Zirkulationsrate des von den Brennstoffzellen benötigten Brennstoffs auch dann sichergestellt werden kann, wenn eine abrupte Beschleunigungs/Verzögerungsanweisung zu den Brennstoffzellen übermittelt wird. According to the aforementioned sixth aspect of the present invention the fuel cell control unit regulates the circulation rate of the Fuel taking into account an increase / decrease rate and can thus the rotation of the fuel cell according to the Accelerate output increase / decrease rate so that the circulation rate of the Fuel cells required fuel can then also be ensured can if an abrupt acceleration / deceleration instruction to the Fuel cells is transmitted.

Gemäß dem vorher erwähnten siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt das Brennstoffzellensteuergerät eine Betriebszeit der beschleunigten Drehung der Brennstoffpumpe auf der Basis einer Ausgabezunahme/Abnahmerate, und daher kann eine adäquate Brennstoffmenge gemäß der Ausgabezunahme/Abnahmerate in der Brennstoffzirkulationspassage zirkuliert werden. According to the aforementioned seventh aspect of the present invention the fuel cell control unit determines an operating time of the accelerated rotation of the fuel pump based on a Output increase / decrease rate, and therefore an adequate amount of fuel can be used according to the Output increase / decrease rate in the fuel circulation passage be circulated.

Gemäß dem vorgenannten achten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein Bypass, der die Brennstoffpumpe umgeht, sowie ein Bypassventil vorgesehen, und somit kann die Brennstoffpumpe, die elektrischen Strom zum Betrieb benötigt, nur dann aktiviert werden, wenn es notwendig ist. Die Brennstoffpumpe braucht nur dann angetrieben werden, wenn die Ausgabeanweisung übermittelt wird und/oder wenn die Zustandsgröße außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, sodass elektrische Energie zum Betreiben der Brennstoffpumpe eingespart werden kann. According to the aforementioned eighth aspect of the present invention a bypass that bypasses the fuel pump and a bypass valve provided, and thus the fuel pump, the electric current required for operation, only be activated when it is necessary. The fuel pump only needs to be driven when the Output instruction is transmitted and / or if the state variable is outside the predetermined range, causing electrical energy can be saved to operate the fuel pump.

Gemäß dem vorher erwähnten neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Zustandsgröße der Brennstoffzelle in den vorbestimmten Bereich fällt, die Brennstoffpumpe gestoppt oder leerlaufen gelassen, sodass die Energieeffizienz des Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystems vergrößert werden kann. According to the aforementioned ninth aspect of the present invention becomes when the state quantity of the fuel cell in the predetermined Area falls, fuel pump stopped or left empty, so the energy efficiency of the fuel circulating Fuel cell system can be enlarged.

Ein Brennstoffzellenstapel 1 in einem Brennstoff-zirkulierenden Brennstoffzellensystem wird mit Brennstoff und einem Oxidationsmittel versorgt, um Elektrizität zu erzeugen. Der von dem Brennstoffzellenstapel 1 abgeführte Brennstoff wird durch eine Brennstoffzirkulationspassage 6 dem Brennstoffzellenstapel 1 wieder zugeführt. In der Brennstoffzirkulationspassage 6 ist eine Brennstoffpumpe 3 vorgesehen, die von einer außen liegenden Quelle angetrieben ist, um den Brennstoff durch die Brennstoffzirkulationspassage 6 mit einer vorbestimmten Zirkulationsrate zu zirkulieren. Eine ECU 4 übermittelt einen Ausgabeanweisungswert zu dem Brennstoffzellenstapel 1 und reguliert eine Zirkulationsrate des Brennstoffs in der Brennstoffzirkulationspassage 6 gemäß dem Ausgabeanweisungswert. A fuel cell stack 1 in a fuel-circulating fuel cell system is supplied with fuel and an oxidizing agent to generate electricity. The discharged from the fuel cell stack 1, fuel is fed back through a fuel circulation passage 6 to the fuel cell stack. 1 In the fuel circulation passage 6 , a fuel pump 3 is provided which is driven from an external source to circulate the fuel through the fuel circulation passage 6 at a predetermined circulation rate. An ECU 4 transmits an output instruction value to the fuel cell stack 1 and regulates a circulation rate of the fuel in the fuel circulation passage 6 according to the output instruction value.

Claims

1. A fuel circulating fuel cell system comprising
a fuel cell that is supplied with fuel and an oxidizer and generates electricity;
a fuel circulation passage that returns fuel discharged from the fuel cell to the fuel cell;
a fuel supply device disposed in the fuel circulation passage and provided with a fuel pump driven by an external source to circulate the fuel in the fuel circulation passage at a predetermined circulation rate; and
a fuel cell controller that transmits an output instruction value to the fuel cell and controls the fuel supply device according to the output instruction value to regulate the circulation rate of the fuel in the fuel circulation passage.

2. The fuel-circulating fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel delivery device further includes a Ejector is provided to new the fuel circulation passage Supply fuel and the fuel in the Fuel circulation passage with a predetermined circulation rate in combination with the fuel pump to circulate.

3. Fuel-circulating fuel cell system according to one of the Claims 1 and 2, wherein the fuel cell control unit State variable of the fuel cell monitored.

4. Fuel-circulating fuel cell system according to one of the Claims 1 to 3, wherein the fuel cell control unit Target speed of the fuel pump based on one of the fuel cells determined output instruction value determined.

5. The fuel-circulating fuel cell system according to claim 4, wherein the fuel cell control unit contains a control map, which is a relationship between the output instruction value and the Target speed of the fuel cell indicates what the Fuel cell control unit queries the control map to determine the target speed of the Fuel pump based on that communicated to the fuel cell To determine the output instruction value.

6. The fuel-circulating fuel cell system according to claim 3,
wherein the fuel cell controller determines a target speed of the fuel pump based on an output instruction value transmitted to the fuel cell and calculates a speed correction coefficient based on the state quantity; and
wherein the fuel cell controller controls the fuel pump such that the fuel pump rotates at the target speed corrected with the speed correction coefficient.

7. The fuel-circulating fuel cell system according to claim 3,
wherein the fuel cell controller determines a target speed of the fuel pump based on an output instruction value transmitted to the fuel cell and calculates a speed correction coefficient based on the state quantity and the output instruction value; and
wherein the fuel cell controller controls the fuel pump such that the fuel pump rotates at the target speed corrected with the speed correction coefficient.

8. Fuel-circulating fuel cell system according to one of the Claims 6 and 7, wherein the state variable is a cell voltage the fuel cell and / or a dew point of the fuel on Includes fuel cell inlet.

9. Fuel-circulating fuel cell system according to one of claims 1 to 3,
wherein the fuel cell control device determines a target speed of the fuel pump based on the output instruction value and obtains an output increase / decrease rate as a rate of change of the output instruction value with respect to time; and
wherein the fuel cell controller calculates a speed correction coefficient based on the output increase / decrease rate and controls the fuel pump so that the fuel pump rotates at a speed obtained by correcting the target speed with the speed correction coefficient.

10. Fuel-circulating fuel cell system according to one of claims 1 to 3,
wherein the fuel cell controller determines a target speed of the fuel pump based on the output instruction value and obtains an output increase / decrease rate as a rate of change of the output instruction value with respect to time; and
wherein the fuel cell controller calculates a speed correction coefficient based on the output increase / decrease rate and the output instruction value, and controls the fuel pump such that the fuel pump rotates at a speed obtained by correcting the target speed with the speed correction coefficient.

11. Fuel-circulating fuel cell system according to one of the Claims 9 and 10, wherein the fuel cell control unit Operating time of the fuel pump based on the Issue instruction value and issue increase / decrease rate are calculated and the fuel pump controls such that the fuel pump rotates during operation.

12. Fuel-circulating fuel cell system according to one of claims 3 to 11,
wherein the fuel circulation passage includes a bypass that bypasses the fuel pump and a bypass valve that is operated by the fuel cell controller to open and close based on the state quantity; and
wherein the bypass valve is opened when the state variable falls within a predetermined range, while the bypass valve is closed when the state variable falls outside the predetermined range, so that the fuel pump is rotated at a speed corresponding to the state variable.

13. Fuel-circulating fuel cell system according to one of the Claims 3 to 11, wherein the fuel cell control unit Fuel pump stops when the state variable in the predetermined range falls.

14. Fuel-circulating fuel cell system according to one of the Claims 3 to 11, wherein the fuel cell control unit Fuel pump runs empty when the state variable in the predetermined range falls.